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WO2022258575A1 - Optisches überwachungssystem für ein optisches anzeigeelement - Google Patents

Optisches überwachungssystem für ein optisches anzeigeelement Download PDF

Info

Publication number
WO2022258575A1
WO2022258575A1 PCT/EP2022/065330 EP2022065330W WO2022258575A1 WO 2022258575 A1 WO2022258575 A1 WO 2022258575A1 EP 2022065330 W EP2022065330 W EP 2022065330W WO 2022258575 A1 WO2022258575 A1 WO 2022258575A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
display element
safety electronics
monitoring system
optical signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/065330
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Aaron FESSELER
Einar Fesseler
Original Assignee
ACD Antriebstechnik GmbH
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 ACD Antriebstechnik GmbH filed Critical ACD Antriebstechnik GmbH
Priority to CA3221892A priority Critical patent/CA3221892A1/en
Priority to KR1020247000007A priority patent/KR20240018567A/ko
Priority to EP22734876.0A priority patent/EP4352769A1/de
Priority to US18/568,053 priority patent/US20240290555A1/en
Priority to JP2023576185A priority patent/JP2024525326A/ja
Publication of WO2022258575A1 publication Critical patent/WO2022258575A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/022—Emergency operating parts, e.g. for stop-switch in dangerous conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2300/00—Orthogonal indexing scheme relating to electric switches, relays, selectors or emergency protective devices covered by H01H
    • H01H2300/052—Controlling, signalling or testing correct functioning of a switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/161—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off" comprising light emitting elements

Definitions

  • the invention relates to the field of control technology and safety technology.
  • German patent application DE 19 919 012 A1 teaches a method for identifying activated, separable emergency stop command devices. The method is characterized in that an additional device is added to the emergency stop command device, which activates the specific color and/or the specific colors of the emergency stop command device only when it is properly connected to the system and/or machine connected in any way and voltage is applied. This generates a visual signal which indicates that the emergency stop command device is ready for operation.
  • the international patent application WO 2017 139 817 A1 discloses a control system for electrically controlled systems.
  • the control system comprises at least one portable, mobile handheld terminal for displaying information and for inputting control commands by an operator.
  • the hand-held operating device has at least one manually operable safety switching element, with the safety switching element being assigned a lighting device.
  • the control system includes a lighting control device, which is designed for electrically and/or electronically controlled adjustment of a visually perceptible luminous intensity of the lighting device.
  • the emergency stop switch includes two switches S1 and S2, which can be actuated via an actuating element 5 from an actuated to a non-actuated position.
  • the two switches S1 and S2 are connected to safety electronics.
  • An optical display element LM usually an LED, is provided in the actuating element 5, the optical display element LM being driven in two channels and made dynamic with two-channel voltage feedback is monitored.
  • the optical display element LM can comprise a single display element or a multiplicity of display elements.
  • Monitoring is carried out using a first sensor M1 and a second sensor M2.
  • the first sensor Ml measures a current of the optical display element LM.
  • the second sensor M2 measures a voltage of the optical display element LM.
  • the safety electronics SE thus monitors the function of the optical display element LM by driving the optical display element LM with current or voltage and measuring the current or voltage with the first or second sensor M1, M2. If there is a discrepancy between control and measurement, the safety electronics SE conclude that the emergency stop switch is malfunctioning. [0008] However, this type of monitoring harbors risks with regard to a reliable statement about the function of the optical display element LM. It is known that, due to various factors, optical display elements such as LEDs become defective and a current or a voltage is detected via the feedback or feedback signal, but without the LED emitting an optical signal.
  • This type of monitoring is particularly risky, especially in the case of emergency stop switches on mobile emergency stop systems.
  • Such mobile emergency stop systems are still rare and have to meet particularly high safety requirements.
  • the mobile emergency stop systems must also comply with the particularly high measures and guidelines in accordance with the applicable and known standards fulfill.
  • the reliable functioning of the optical display element is a particularly important safety feature.
  • the present application discloses a monitoring system for an optical display element of an emergency stop switch, the monitoring system comprising an actuating element with an optical display element and an optical sensor.
  • Safety electronics are connected to the optical display element and the optical sensor. It can thereby be ensured that the optical display element functions reliably and is not faulty in order to avoid fatal consequences for life and limb.
  • the optical display element LM can comprise a single display element or a multiplicity of display elements.
  • the safety electronics includes a safe output and a safe input and is connected to the optical display element via the safe output.
  • the optical sensor is connected via the safe input.
  • Safe output thus means that, despite an error at the output, it is still possible to switch off safely and an error at the output is reliably detected. This is the case, for example, if one of the channels of the safety electronics has a fault (from low to high resistance) and can no longer be switched. An error of this type is clearly identified by the feedback signal. Nevertheless, it can still be switched off safely with the other of the channels.
  • a safe input also means that the input can still be read and an error at the safe input is reliably detected. For example, the absence of a feedback signal at the safety electronics via at least one channel can be understood as an error.
  • the monitoring system further comprises an optical waveguide, which carries an optical signal from the optical display element to the optical sensor.
  • the optical sensor includes at least one of a photoresistor, a photodiode, and a phototransistor.
  • the optical sensor can thus be optimally adapted to an individual application.
  • the optical display element comprises a plurality of display elements and the optical sensor comprises a plurality of optical sensors.
  • the number of optical display elements and optical sensors is therefore not limited. The number of optical sensors or optical display elements depends on the safety requirements and risk potential of a monitored system (plant, machine, engine, etc.).
  • the risk assessment determines the required PL (Performance Level) or SIL (Safety Integrity Level). These are determined by the structure of the safety electronics, component reliability, error detection, etc.
  • the safe output comprises at least one first output contact and at least one second output contact.
  • the secure input includes at least a first input contact and at least a second input contact. This makes it possible to connect several components to the safety electronics.
  • the present disclosure includes a method for a monitoring system for a visual indicator of an emergency stop switch.
  • the method includes generating an optical signal by feeding an optical display element with electrical current or an electrical voltage via safety electronics.
  • the method also includes measuring the optical signal via an optical sensor using the safety electronics. The emitted optical signal of the optical display element is measured.
  • the method also includes interrupting the generation of the optical signal for a period of time, and measuring the interruption of the optical signal via the optical sensor using the safety electronics. This step can be repeated or is repeated to increase the security of the system.
  • the method also includes comparing the generated optical signal with the measured optical signal in the presence of the electrical current or Voltage through the safety electronics. Based on the comparison, a conclusion is drawn about the functionality of the optical display element and thus about the system.
  • the method further includes outputting a warning signal when the comparison of the generated optical signal and the measured optical signal deviates in the presence of the electrical current.
  • the method ensures that the optical display element LM, when it is supposed to light up, also lights up or is active. In return, this method ensures that the optical display element LM does not light up when it is not supposed to light up or is inactive. If there are discrepancies when comparing the generated optical signal with the measured optical signal, this means that the optical display element LM, as a source of information about the operating status of a system, can no longer be relied on. As a result, the system's emergency stop function can no longer be relied on, which leads to a wide variety of effects. The impact can range from a warning signal to a complete shutdown of the system, for example. If, in a non-limiting example, the safety electronics SE detects a malfunction of the display element LM, the emergency hat function of the actual emergency stop switch is triggered, since this mobile emergency stop system can no longer be relied on.
  • the interruption of the generation of the optical signal can be repeated in chronological succession in the case of a single-channel connection between safety electronics and optical display element. This can increase the security of the system.
  • the interruption of the generation of the optical signal can be repeated simultaneously in the case of a multi-channel or n-channel connection between safety electronics and optical display element.
  • the security of the system can be further increased.
  • the safety electronics when measuring the optical signal, at least one of a parameter of the optical signal or a presence of the optical signal is measured by the safety electronics.
  • the optical signal parameter includes at least one of a light spectrum, luminous flux, illuminance, or particular modulation. This makes it possible to set different configurations of the optical signal and to detect them using the optical sensor.
  • the warning signal is output or the malfunction is detected at a receiving point in a wireless or wired manner. This allows the warning signal to be sent to a specific location to increase safety.
  • Figure 1 is a schematic representation of a prior art emergency stop switch.
  • Figure 2 is a schematic representation of an emergency stop switch monitoring system according to a first aspect.
  • Figures 3A to 3D represent first aspects of safety electronics.
  • Figures 4A and 4B represent second aspects of the safety electronics.
  • Figure 5 is a schematic representation of an emergency stop switch monitoring system according to a second aspect.
  • Figure 6 shows examples of optical sensors.
  • FIGS. 7 is a flowchart for a method for a monitoring system for the emergency stop switch of FIGS. 2 and 5.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an emergency stop switch monitoring system 100 according to a first aspect.
  • the monitoring system 100 includes an actuating element 5 and safety electronics SE.
  • the actuating element 5 comprises a first switch S1, a second switch S2, an optical display element LM and an optical sensor OS.
  • the actuating element 5 is at least one of a switch, lever, knob or button for turning, switching (toggling), pressing or pulling.
  • the first switch S1 and the second switch S2 are connected to the safety electronics SE.
  • the first switch S1 and the second switch S2 depend on the design of the actuating element 5 .
  • the first switch S1 and the second switch S2 of the types of operating element 5 mentioned above are known and will therefore not be described in further detail here.
  • the optical display element LM is able to generate or convert an optical signal based on an electrical signal, such as a current and/or a voltage.
  • the visual indicator LM is, in a non-limiting example, an LED (Light Emitting Diode) or a light bulb.
  • the visual display element LM comprises at least one individual visual display element.
  • the optical display element LM can also include a large number of individual display elements LM.
  • the frequency spectrum of the optical signal ranges from visible light to near and mid-infrared and can be modulated by the SE safety electronics.
  • the optical display element LM is connected to the single-channel or multi-channel safe outputs of the safety electronics SE via one or more channels.
  • the safety electronics SE controls the optical display element LM with the electrical signal and can influence or modulate the electrical signal. By influencing the electrical signal, one or more parameters of the optical signal can be adjusted.
  • the adjustable parameters of the optical signal are at least one of a light spectrum, luminous flux, illuminance or special modulation. This increases the safety of the emergency stop switch and an application of the emergency stop switch can be customized.
  • Figures 3A to 3D represent selected examples and options, which do not limit the invention, of how the safety electronics SE can be set up in two or more channels at the safe output A with regard to a shutdown of the system or machine.
  • the safety electronics SE includes multiple safe inputs E and multiple safe outputs A, these can Inputs E and outputs A are referred to as channels K.
  • channels K can Inputs E and outputs A are referred to as channels K.
  • the safety electronics SE only includes a safe input E and a safe output A, forming a channel, this is referred to as an external single-channel system, consisting of the display element LM and/or the optical sensor OS. Any number of channels can still be present internally.
  • a feedback signal BACK is tapped off and fed back to the safety electronics SE in order to monitor the switching of the channels K with regard to safety or the degree of safety.
  • the feedback signal BACK represents a basic realization of the safe output A.
  • the feedback signal BACK is required for the basic realization of the safe output A. Errors can be reliably detected by the safety electronics SE via the feedback signal BACK and thus form the safe output A.
  • the safety electronics SE are designed with two channels, with the first channel K1 and a second channel K2.
  • the first safe output A includes the first channel Kl and the second channel K2.
  • the display element LM is connected via both channels K1 and K2 to an output contact A1+ and on the other hand to a second output contact A1- to the safety electronics SE.
  • FIG. 3B shows a second aspect of the arrangement from FIG. 3A, but with the difference that the second channel K2 is arranged at the second output contact Al- of the safe output A.
  • FIG. 3C represents a further aspect when a first display element LM1 and a second display element LM2 are connected to the safety electronics SE for monitoring.
  • the configuration shown corresponds to the configuration from FIG. 3A, but in two-channel form.
  • the first display element LM1 is connected separately via both channels K1 and K2 to the output contact A1+ and, on the other hand, to the second output contact A1- to the safety electronics SE.
  • the second Display element LM2 is connected separately via both channels Kl and K2 to an output contact A2+ and on the other hand connected to the safety electronics SE at a second output contact A2-.
  • This example shows how a large number of display elements LM can be connected and monitored separately at a safe output of the safety electronics SE.
  • Fig. 3D shows a second aspect of the arrangement of Fig. 3B, but with the difference that the first display element LM1 and the second display element LM2 are connected in series and connected via the first and second output contacts A1+, Al- to the Security electronics are connected.
  • the first channel Kl is provided at the first output contact A1+ and the second channel K2 is provided at the second output contact Al ⁇ .
  • FIGS. 4A and 4B represent selected examples and options, which do not limit the invention, of how the safety electronics SE can be set up with one or n channels at the safe input E.
  • Input E can be monitored via the switch and the feedback. If n-1 channels fail, a valid input signal is still detected. For example, if two out of three channels fail, the safety electronics SE can still reliably detect the input signal via the feedback signal BACK.
  • FIG. 4B shows another aspect of how multiple optical sensors OS can be connected to the safe input E of the safety electronics SE.
  • a first optical sensor OS1 is connected to the safety electronics SE via the first channel Kl.
  • a second optical sensor OS2 is connected to the safety electronics SE via the second channel K2, separately from the first channel Kl. This results in a completely two-channel system in which there is an internal and external two-channel system.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the monitoring system 100 for an emergency stop switch according to a second aspect.
  • the monitoring system 100 according to the second aspect differs from the monitoring system 100 according to the first aspect in that the optical sensor OS is not accommodated in the actuating element 5 .
  • the optical sensor OS of the monitoring system 100 according to the second aspect is provided on the safety electronics SE.
  • the optical signal of the optical display element LM is routed from the optical display element LM via an optical waveguide LWL to the optical sensor OS.
  • the structure of the remaining components corresponds to that of the monitoring system 100 according to the first aspect. For this reason, the same components are provided with the same reference numbers and are not repeated at this point.
  • the optical sensor OS includes at least one of a photoresistor OSa, photodiode OSb and phototransistor OSc.
  • the reason for this function is the internal photoelectric effect in a layer consisting of an amorphous semiconductor. Compared to other light sensors, photoresistors react very slowly.
  • the photodiode OSb is a semiconductor diode that converts light in the visible, infrared, or ultraviolet range at a pn junction or pin junction by the internal photoelectric effect into an electric current or an electric voltage to the to receive information transmitted with the optical signal.
  • the phototransistor OSc comprises a light-sensitive photodiode with a connected amplifier transistor. In terms of circuitry, the light-sensitive photodiode is connected in parallel to the collector-base connections of the transistor. Incident light allows a small current to flow due to the internal photoelectric effect. This current is amplified in the transistor by the current amplification factor to the collector current. At this point, reference is made to the literature with regard to the known photoelectric effect.
  • step S 1 shows a flow chart for a method for a monitoring system 100 for the emergency stop switch according to the first and second aspect.
  • the safety electronics SE by driving the optical display element LM by means of an electrical signal generates the optical signal.
  • the electrical signal is tapped off at or after each of the channels K as a feedback signal BACK and fed back to the safety electronics SE in order to monitor the switching of the channels K with regard to safety or the degree of safety.
  • the optical signal is measured with the optical sensor OS.
  • step S2 at least one of the parameters of the optical signal or a presence of the optical signal is measured.
  • at least one of a light spectrum, luminous flux, illuminance or special modulation of the optical signal is measured.
  • step S3 the activation of the optical display element LM by means of an electrical signal is interrupted for a period of time t ü via the safety electronics SE.
  • the interruption can be repeated in succession.
  • the interruption can be repeated simultaneously or with a time offset. Due to the staggered interruptions, cross-circuits between the safe outputs A, the safe inputs E and between the safe outputs A and the safe inputs E can be detected. This interruption/s is/are measured with the at least one optical sensor OS.
  • step S4 the generated electrical signal is compared with the measured optical signal by the safety electronics SE.
  • the interruption and measurement of the electrical signal as well as the comparison are referred to as "dynamization".
  • the function of the safe input/inputs E and safe output/outputs A can be continuously monitored as a result of the dynamization. Any errors that may occur can thus be detected at the latest at the next time interval of the dynamization.
  • the degree of dynamization i.e. how often and when a time interval is repeated, is proportional to the security requirements of systems.
  • the safety requirement depends on the respective potential dangers or dangerous situations. So will For example, the safety electronics and their functions in nuclear power plants are monitored almost constantly and dynamically.
  • the dynamization can therefore also be viewed as a type of function test. If it is technically ensured that the system is set up as a redundant system in a separate, isolated design, so that, for example, no cross-circuits or ground faults can occur mechanically, dynamization can also be completely dispensed with.
  • a warning signal is output if the generated optical signal, depending on the electrical signal, deviates from the measured optical signal.
  • the warning signal is output wirelessly or wired to a receiving station.
  • the warning signal can be an analog or digital signal.
  • the receiving station can generate a control command and/or an acoustic or visual signal from the warning signal. For example, the control command is to stop the machine.

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
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  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)

Abstract

Ein Überwachungssystem für ein optisches Anzeigeelement eines Not-Halt-Schalters, wobei das Überwachungssystem ein Betätigungselement mit optischen Anzeigeelement, einen optischen Sensor und eine Sicherheitselektronik umfasst. Die Sicherheitselektronik ist mit dem optischen Anzeigeelement und dem optischen Sensor verbunden. Die Sicherheitselektronik umfasst einen sicheren Ausgang und einen sicheren Eingang und ist mit dem optischen Anzeigeelement über den sicheren Ausgang verbunden und mit dem optischen Sensor über den sicheren Eingang verbunden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das optische Anzeigeelement zuverlässig funktioniert, beziehungsweise nicht fehlerhaft ist, um fatale Folgen für Leib und Leben zu vermeiden. Das optische Anzeigeelement kann ein einzelnes Anzeigeelement oder eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen.

Description

Titel: Optisches Überwachungssystem für ein optisches Anzeigeelement
Gebiet der Erfindung
[0001] Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. DE 10 2021 114 870, die am 9. Juni 2021 eingereicht wurde. Die gesamte Offenbarung der deutschen Patentanmeldung Nr. DE 10 2021 114 870 wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
[0002] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerungstechnik beziehungsweise der Sicherheitstechnik.
Stand der Technik
[0003] Sogenannte „Not-Halt- Schalter“ dienen dem zuverlässigen Schutz von Menschen vor Verletzungen und vor Beschädigungen an Maschinen beziehungsweise Anlagen oder Fahrzeugen. Im deutschen Sprachgebrauch werden die beiden Funktionen Not- Aus (= Abschalten, Unterbrechen der Energiezufuhr, Unterbrechen der Stromversorgung eines angeschlossenen Maschinenantriebs) und Not-Halt (= Anhalten, Stillsetzen von beweglichen Maschinenteilen bei Aufrechterhaltung der Stromversorgung eines angeschlossenen Maschinenantriebs) häufig unter dem Begriff „Not-Aus“ subsumiert. Die Bezeichnung „Not-Aus“ wird als deutsches Pendant für den englischen Begriff «emergency switching off» verwendet. Es gab und gibt aber deutsche Normausgaben, die auch den englischen Begriff «emergency stop» fälschlich mit dem Ausdruck „Not-Aus“ wiedergeben. Bis heute verwendet beispielsweise die deutsche Fassung der DIN EN 60947-5-5 fälschlicherweise den Begriff „Not-Aus“ für den englischen Begriff «emergency stop», beschreibt also in Wirklichkeit den Not-Halt.
[0004] Ein Fehlverhalten von Maschinen kann zu einer Gefährdung von Personen führen. Damit bei unmittelbar drohenden oder eintretenden Gefahren die betreffende Maschine sofort und jederzeit stillgesetzt werden kann, fordert die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG des Europäischen Parlaments und des Rates, dass jede Maschine mit einem oder mehreren Not-Halt- Schalter ausgerüstet sein muss. Darüber hinaus stellt diese Maschinenrichtlinie konstruktive Anforderungen an diese Komponenten. Eine der Anforderung ist, dass der Not- Elalt- Schalter über deutlich erkennbare, gut sichtbare und schnell zugängliche Stellteile verfügen müssen. Bei aktiven Not-Halt- Schaltern, welche über zusätzliche Anzeigeelemente, wie beispielsweise LEDs, verfügen, wird die Funktion des Schalters visuell angezeigt. Sind die Not-Halt- Schalter auf absteckbaren oder kabellosen beziehungsweise mobilen Bedienstationen angebracht, fordert die Norm DINEN ISO 13850 unter anderem, Maßnahmen zu ergreifen, um eine Verwechslung zwischen aktiven, also beleuchteten, und nicht aktiven, also nicht beleuchteten, Not-Halt- Schaltern zu vermeiden. [0005] Die deutsche Patentanmeldung DE 19 919 012 Al lehrt ein Verfahren zum Kennzeichnen von aktivierten, trennbaren Not-Aus-Befehlseinrichtungen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Not-Aus-Befehlseinrichtung eine zusätzliche Einrichtung hinzugefügt wird, welche die spezifische Farbe und/oder die spezifischen Farben der Not- Aus-Befehlseinrichtung erst dann aktiviert, wenn diese ordnungsgemäß mit der Anlage und/oder Maschine auf jegliche Art und Weise verbunden ist und an Spannung gelegt wird. Dadurch wird ein visuelles Signal erzeugt, welches eine Betriebsbereitschaft der Not-Aus- Befehlseinrichtung anzeigt.
[0006] Die internationale Patentanmeldung WO 2017 139 817 Al offenbart ein Steuerungssystem für elektrisch gesteuerte Anlagen. Das Steuerungssystem umfasst zumindest ein tragbares, mobiles Handbediengerät zur Anzeige von Informationen und zur Eingabe von Steuerungskommandos durch eine Bedienperson. Das Handbediengerät weist mindestens ein manuell betätigbares Sicherheitsschaltelement auf, wobei dem Sicherheitsschaltelement eine Beleuchtungsvorrichtung zugeordnet ist. Das Steuerungssystem umfasst eine Beleuchtungssteuerungsvorrichtung, welche zur elektrisch und/oder elektronisch gesteuerten Anpassung einer visuell wahrnehmbaren Leuchtintensität der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet ist.
[0007] Not-Halt- Schalter mit Anzeigeelementen sind somit bekannt. Fig. 1 stellt ein weiteres Beispiel für einen Not-Halt- Schalter dar. Der Not-Halt- Schalter umfasst zwei Schalter S1 und S2, welche über ein Betätigungselement 5 von einer betätigten zu einer nicht-betätigten Position betätigt werden können. Die zwei Schalter S1 und S2 sind mit einer Sicherheitselektronik verbunden. Im Betätigungselement 5 ist ein optisches Anzeigeelement LM, üblicherweise eine LED, bereitgestellt, wobei das optische Anzeigeelement LM zweikanalig angesteuert und mit zweikanaliger Spannungsrückführung dynamisiert überwacht wird. Das optische Anzeigeelement LM kann ein einzelnes Anzeigeelement oder eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen. Die Überwachung erfolgt mittels eines ersten Messfühlers Ml und eines zweiten Messfühlers M2. Der erste Messfühler Ml misst einen Strom des optischen Anzeigeelements LM. Der zweite Messfühler M2 misst eine Spannung des optischen Anzeigeelements LM. Die Sicherheitselektronik SE überwacht somit die Funktion des optischen Anzeigeelements LM mittels Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mit Strom beziehungsweise Spannung und Messung des Stroms beziehungsweise Spannung mit dem ersten beziehungsweise zweiten Messfühlers Ml, M2. Kommt es zu einer Abweichung zwischen Ansteuerung und Messung, wird von der Sicherheitselektronik SE auf eine Fehlfunktion des Not-Halt- Schalters geschlussfolgert. [0008] Diese Art der Überwachung birgt aber Risiken hinsichtlich einer zuverlässigen Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM. Es ist bekannt, dass aufgrund unterschiedlicher Faktoren optische Anzeigeelemente, wie beispielsweise LEDs, defekt werden und ein Strom beziehungsweise eine Spannung über die Rückführung beziehungsweise Rückführungssignal erkannt werden, jedoch ohne dass die LED ein optisches Signal emittiert.
[0009] Dies hat eine hohe Auswirkung auf einen für die Anwendung nötigen Sicherheitsgrad. Denn die Anforderungen aus der Risikobewertung einer vorliegenden Gefährdung führen zu einer bestimmten Anforderung des Sicherheitsgrads. Je nach Norm sind Bezeichnungen des Sicherheitsgrades, wie beispielsweise „Performance Level“ PL a - e oder „Safety Integrity Level“ SIL1 - SIL3, bekannt. Basierend auf der Bezeichnung und der damit verbundenen Höhe des Sicherheitsgrads, kann eine falsche Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM zu sicherheitsrelevanten Schwierigkeiten führen. Die hohen Anforderungen an die Ausführung von mobilen Not-Halt-Systemen können durch die falsche Aussage über die Funktion des optischen Anzeigeelements LM nicht eingehalten werden.
[0010] Vor allem bei Not-Halt- Schaltern an mobilen Not-Halt-Systemen ist diese Art der Überwachung besonders risikoreich. Solche mobilen Not-Halt-Systeme sind eher noch selten und müssen besonders hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen. Vor allem müssen die mobilen Not-Halt-Systeme neben den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen im Vergleich zu stationären Not-Halt-Systemen ferner die besonders hohen Maßnahmen und Richtlinien nach den entsprechend geltenden und bekannten Normen erfüllen. Dabei ist die zuverlässige Funktion des optischen Anzeigeelements ein besonders wichtiges Sicherheitsmerkmal.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0011] Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Üb erwachungs System für ein optisches Anzeigeelement eines Not-Halt- Schalters, wobei das Üb erwachungs System ein Betätigungselement mit optischen Anzeigeelement und einen optischen Sensor umfasst. Eine Sicherheitselektronik ist mit dem optischen Anzeigeelement und dem optischen Sensor verbunden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das optische Anzeigeelement zuverlässig funktioniert, beziehungsweise nicht fehlerhaft ist, um fatale Folgen für Leib und Leben zu vermeiden. Das optische Anzeigeelement LM kann ein einzelnes Anzeigeelement oder eine Vielzahl von Anzeigeelementen umfassen.
[0012] Nach einem Aspekt umfasst die Sicherheitselektronik einen sicheren Ausgang und einen sicheren Eingang und ist mit dem optischen Anzeigeelement über den sicheren Ausgang verbunden. Der optische Sensor ist über den sicheren Eingang verbunden. Dadurch sind das optische Anzeigeelement und der optische Sensor mit der Sicherheitselektronik mechanisch und elektrisch so miteinander verbunden, dass wenn der sichere Ausgang schaltet, der sichere Eingang diesen Schaltvorgang auf jeden Fall erkennt.
[0013] Sicherer Ausgang bedeutet somit, dass trotz eines Fehlers am Ausgang noch sicher abgeschaltet werden kann und ein Fehler am Ausgang zuverlässig erkannt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn einer von den Kanälen der Sicherheitselektronik einen Fehler (von nieder- bis hochohmig) hat und nicht mehr schaltbar ist. Ein Fehler dieser Art wird durch das Rückführungssignals eindeutig erkannt. Trotzdem kann noch sicher mit dem anderen von den Kanälen abgeschaltet werden. Ebenso bedeutet ein sicherer Eingang, dass der Eingang noch eingelesen werden kann und ein Fehler am sicheren Eingang sicher erkannt wird. Als Fehler kann beispielsweise das Nicht-Vorliegen eines Rückführungssignals an der Sicherheitselektronik über mindestens einen Kanal verstanden werden. Der Fehler eines von den sicheren Eingängen der Sicherheitselektronik wird dabei durch abweichende Rückführungssignale zwischen den beiden Kanälen erkannt, wobei der sichere Eingang fortwährend durch Unterbrechung und Messung des Signals sowie durch Vergleich (Dynamisierung) geprüft wird um den Fehler zu erkennen. [0014] Nach einem Aspekt umfasst das Überwachungssystem ferner einen Lichtwellenleiter, welcher ein optisches Signal des optischen Anzeigeelements zu dem optischen Sensor führt. Dadurch kann eine bestimmte Distanz zwischen optischen Anzeigeelement und optischen Sensor überwunden werden.
[0015] Nach einem weiteren Aspekt umfasst der optische Sensor mindestens einen von einem Foto wider stand, einer Fotodiode und einem Fototransistor. Der optische Sensor kann somit optimal an einen individuellen Anwendungsfall angepasst werden.
[0016] Nach einem weiteren Aspekt umfasst das optische Anzeigeelement mehrere Anzeigeelemente und der optische Sensor umfasst mehrere optische Sensoren. Somit ist die Anzahl an optischen Anzeigeelementen und optischen Sensoren nicht limitiert. Die Anzahl von optischen Sensoren beziehungsweise optischen Anzeigeelementen hängt von den Sicherheitsanforderungen und Gefahrenpotential eines überwachten Systems (Anlage, Maschine, Motor usw.) ab. Die Gefährdungsbeurteilung bestimmt den erforderlichen PL (Performance Level) oder SIL (Safety Integrity Level). Diese werden durch die Struktur der Sicherheitselektronik, Bauteil-Zuverlässigkeit, Fehlererkennung usw. festgelegt.
[0017] Nach einem weiteren Aspekt umfasst der sichere Ausgang mindestens einen ersten Ausgangskontakt und mindestens einen zweiten Ausgangskontakt. Der sichere Eingang umfasst mindestens einen ersten Eingangskontakt und mindestens einen zweiten Eingangskontakt. Dadurch ist es möglich, mehrere Komponenten mit der Sicherheitselektronik zu verbinden.
[0018] Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren für ein Überwachungssystem für ein optisches Anzeigeelement eines Not-Halt- Schalters. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines optischen Signals durch Speisen eines optischen Anzeigeelements mit elektrischem Strom bzw. einer elektrischen Spannung über eine Sicherheitselektronik. Das Verfahren umfasst ferner ein Messen des optischen Signals über einen optischen Sensor mittels der Sicherheitselektronik. Dabei wird das emittierte optische Signal des optischen Anzeigeelements gemessen. Das Verfahren umfasst ferner ein Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals für eine Zeitdauer, und Messen der Unterbrechung des optischen Signals über den optischen Sensor mittels der Sicherheitselektronik. Dieser Schritt kann wiederholt werden beziehungsweise wird wiederholt, um die Sicherheit des Systems zu erhöhen. Das Verfahren umfasst ferner ein Vergleichen des erzeugten optischen Signals mit dem gemessenen optischen Signal bei Vorhandensein des elektrischen Stroms bzw. Spannung durch die Sicherheitselektronik. Basierend auf dem Vergleich wird ein Rückschluss über die Funktionsfähigkeit des optischen Anzeigeelements und somit auf das System gezogen. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausgeben eines Warnsignals bei abweichendem Vergleich des erzeugten optischen Signals und des gemessenen optischen Signals bei Vorhandensein des elektrischen Stroms.
[0019] Durch das Verfahren wird sichergestellt, dass das optische Anzeigeelement LM, wenn es leuchten soll, auch leuchtet, beziehungsweise aktiv ist. Im Gegenzug wird durch dieses Verfahren sichergestellt, dass das optische Anzeigeelement LM nicht leuchtet, wenn es nicht leuchten soll, beziehungsweise inaktiv ist. Kommt es bei dem Vergleich des erzeugten optischen Signals mit dem gemessenen optischen Signal zu Abweichungen, führt dies dazu, dass auf das optische Anzeigeelement LM, als Informationsquelle über den Betriebszustand einer Anlage, kein Verlass mehr ist. Infolgedessen ist auch auf die Not-Halt- Funktion der Anlage kein Verlass mehr, was zu Auswirkungen unterschiedlichster Art führt. Die Auswirkung kann beispielsweise von der Ausgabe eines Warnsignal bis hin zu einem vollständigen Stillsetzen der Anlage führen. Stellt, in einem nichteinschränkenden Beispiel, die Sicherheitselektronik SE eine Fehlfunktion des Anzeigeelements LM fest, wird damit die Not-Hat-Funktion des eigentlichen Not-Halt- Schalters ausgelöst, da kein Verlass mehr auf dieses mobile Not-Halt- System vorliegt.
[0020] Nach einem Aspekt kann das Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals bei einkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik und optischen Anzeigeelements zeitlich nacheinander wiederholt werden. Dadurch kann die Sicherheit des Systems erhöht werden.
[0021] Nach einem Aspekt kann das Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals bei mehrkanaliger beziehungsweise n-kanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik und optischen Anzeigeelements gleichzeitig wiederholt werden. Dadurch kann die Sicherheit des Systems noch weiter erhöht werden.
[0022] Nach einem Aspekt wird beim Messen des optischen Signals mindestens eines von einem Parameter des optischen Signals oder ein Vorhandensein des optischen Signals durch die Sicherheitselektronik gemessen. Der Parameter des optischen Signals umfasst mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Konfigurationen des optischen Signals einzustellen und durch den optischen Sensor zu detektieren. [0023] Nach einem Aspekt erfolgt das Ausgeben des Warnsignals oder Erkennen der Fehlfunktion an einer Empfangsstelle drahtlos oder drahtgebunden. Hierdurch kann das Warnsignal an eine bestimmten Stelle übertragen werden, um die Sicherheit zu erhöhen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0024] Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und vieler damit verbundener Vorteile wird leicht erreicht, wenn diese durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren betrachtet wird.
[0025] Fig. 1 stellt eine schematische Darstellung eines Not-Halt- Schalters nach dem Stand der Technik dar.
[0026] Fig. 2 stellt eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems für einen Not-Halt- Schalter nach einem ersten Aspekt dar.
[0027] Figuren 3 A bis 3D stellen erste Aspekte einer Sicherheitselektronik dar.
[0028] Figuren 4A und 4B stellen zweite Aspekte der Sicherheitselektronik dar.
[0029] Fig. 5 stellt eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems für einen Not-Halt- Schalter nach einem zweiten Aspekt dar.
[0030] Fig. 6 zeigt Beispiele von optischen Sensoren.
[0031] Fig. 7 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren für ein Überwachungssystem für den Not-Halt- Schalter nach Fig. 2 und Fig. 5 dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0032] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Aspekte der Erfindung nur Beispiele sind und den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken. Die Erfindung wird durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Es versteht sich, dass Merkmale eines Aspekts der Erfindung mit einem Merkmal eines anderen Aspekts oder anderer Aspekte der Erfindung kombiniert werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
[0033] Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems 100 für einen Not-Halt- Schalter nach einem ersten Aspekt. Das Überwachungssystem 100 umfasst ein Betätigungselement 5 und eine Sicherheitselektronik SE. Das Betätigungselement 5 umfasst einen ersten Schalter Sl, einen zweiten Schalter S2, ein optisches Anzeigeelement LM und einen optischen Sensor OS. Das Betätigungselement 5 ist mindestens eines von einem Schalter, Hebel, Knopf oder Taster zum Drehen, (Um-) Schalten, Drücken oder Ziehen. [0034] Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind von der Ausgestaltung des Betätigungselements 5 abhängig. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 von den oben angeführten Arten des Betätigungselements 5 sind bekannt und werden daher hier nicht weiter im Detail beschrieben.
[0035] Das optische Anzeigeelement LM ist in der Lage, ein optisches Signal basierend auf einem elektrischen Signal, wie beispielsweise einem Strom und/oder einer Spannung, zu generieren beziehungsweise zu wandeln. Das optische Anzeigeelement LM ist in einem nichteinschränkenden Beispiel eine LED (leuchtemittierenden Diode) oder eine Glühbirne. Dabei umfasst das optische Anzeigeelement LM mindestens ein einzelnes optisches Anzeigeelement. Das optische Anzeigeelement LM kann auch eine Vielzahl von einzelnen Anzeigeelementen LM umfassen. Das Frequenzspektrum des optischen Signals reicht vom sichtbaren Licht bis in das nahe und mittlere Infrarot und kann durch die Sicherheitselektronik SE moduliert werden.
[0036] Das optische Anzeigeelement LM ist einkanalig oder mehrkanalig mit den ein- oder mehrkanaligen sicheren Ausgängen der Sicherheitselektronik SE verbunden. Die Sicherheitselektronik SE steuert das optische Anzeigeelement LM mit dem elektrischen Signal an und kann das elektrische Signal beeinflussen beziehungsweise modulieren. Durch die Beeinflussung des elektrischen Signals, können ein oder mehrere Parameter des optischen Signals eingestellt werden. Die einstellbaren Parameter des optischen Signals sind mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation. Dadurch wird die Sicherheit des Not-Halt- Schalters erhöht und eine Anwendung des Not-Halt- Schalters kann individuell angepasst werden.
[0037] Ein beispielhafter Aufbau der Sicherheitselektronik SE wird nun unter Bezug auf die Figuren 3 A bis 4B beschrieben.
[0038] Figuren 3A bis 3D stellen ausgewählte, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele und Möglichkeiten dar, wie die Sicherheitselektronik SE zwei- beziehungsweise mehrkanalig am sicheren Ausgang A hinsichtlich einer Abschaltung der Anlage beziehungsweise Maschine eingerichtet werden kann. Wenn die Sicherheitselektronik SE mehrere sichere Eingänge E und mehrere sichere Ausgänge A umfasst, können diese Eingänge E und Ausgänge A als Kanäle K bezeichnet werden. Man spricht dann von mehrkanaliger beziehungsweise n-kanaliger Ausführung. Bei einem Ausfall der Abschaltung von mehreren, beispielsweise n-1 Kanälen, kann die Anlage noch immer zuverlässig über den verbleibenden Kanal abgeschaltet werden. Beispielsweise kann die Anlage bei einem Ausfall von vier von fünf Kanälen noch immer zuverlässig abgeschaltet werden. Demnach ist die Sicherheit bei mehrkanaliger Ausführung umso höher, umso mehr Kanäle eingerichtet sind/werden. Umfasst die Sicherheitselektronik SE nur einen sicheren Eingang E und einen sicheren Ausgang A, bildend einen Kanal, so spricht man von einer externen Einkanaligkeit, bestehend aus dem Anzeigeelement LM und/oder dem optischen Sensor OS. Intern kann trotzdem eine beliebige Mehrkanaligkeit vorliegen.
[0039] An oder nach jedem der Kanäle K wird ein Rückführungssignal RÜCK abgegriffen und an die Sicherheitselektronik SE zurückgeführt, um das Schalten der Kanäle K in Bezug auf die Sicherheit beziehungsweise den Sicherheitsgrad zu überwachen. In einem Aspekt stellt das Rückführungssignal RÜCK eine prinzipielle Realisierung des sicheren Ausgangs A dar. In einem weiteren Aspekt ist das Rückführungssignal RÜCK für die prinzipielle Realisierung des sicheren Ausgangs A erforderlich. Über das Rückführungssignal RÜCK können Fehler zuverlässig durch die Sicherheitselektronik SE erkannt werden und bilden so den sicheren Ausgang A.
[0040] Wie in Fig. 3 A dargestellt, wird die Sicherheitselektronik SE zweikanalig mit dem ersten Kanal Kl und einem zweiten Kanal K2 ausgeführt. Der erste sichere Ausgang A umfasst den ersten Kanal Kl und den zweiten Kanal K2. Das Anzeigeelement LM wird über beide Kanäle Kl und K2 an einem Ausgangskontakt A1+ angeschlossen und andererseits an einem zweiten Ausgangskontakt Al - mit der Sicherheitselektronik SE verbunden.
[0041] Fig. 3B stellt einen zweiten Aspekt der Anordnung aus Fig. 3A dar, jedoch mit dem Unterschied, dass der zweite Kanal K2 am zweiten Ausgangskontakt Al- des sicheren Ausgangs A angeordnet ist.
[0042] Fig. 3C stellt einen weiteren Aspekt dar, wenn ein erstes Anzeigeelement LM1 und ein zweites Anzeigeelement LM2 an die Sicherheitselektronik SE zur Überwachung verbunden werden. Die dargestellte Konfiguration entspricht dabei der Konfiguration aus Fig. 3A jedoch in zweikanaliger Form. Das erste Anzeigeelement LM1 wird separat über beide Kanäle Kl und K2 an dem Ausgangskontakt A1+ angeschlossen und andererseits an dem zweiten Ausgangskontakt Al - mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Das zweite Anzeigeelement LM2 wird separat über beide Kanäle Kl und K2 an einem Ausgangskontakt A2+ angeschlossen und andererseits an einem zweiten Ausgangskontakt A2- mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Dieses Beispiel zeigt wie eine Vielzahl von Anzeigeelementen LM separat an einem sicheren Ausgang der Sicherheitselektronik SE verbunden und überwacht werden können.
[0043] Fig. 3D stellt einen zweiten Aspekt der Anordnung aus Fig. 3B dar, jedoch mit dem Unterschied, dass das erste Anzeigeelement LM1 und das zweite Anzeigeelement LM2 in Serie geschaltet sind und über den ersten und zweiten Ausgangskontakt A1+, Al- mit der Sicherheitselektronik verbunden sind. Dabei wird der erste Kanal Kl am ersten Ausgangskontakt A1+ bereitgestellt und der zweite Kanal K2 wird am zweiten Ausgangskontakt Al - bereitgestellt.
[0044] Figuren 4A und 4B stellen ausgewählte, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele und Möglichkeiten dar, wie die Sicherheitselektronik SE ein- beziehungsweise n- kanalig am sicheren Eingang E eingerichtet werden kann. Über den Schalter und die Rückführung kann der Eingang E überwacht werden. Bei einem Ausfall von n-1 Kanälen wird immer noch ein gültiges Eingangssignal erkannt. Beispielsweise kann die Sicherheitselektronik SE bei einem Ausfall von zwei von drei Kanälen noch immer zuverlässig das Eingangssignal über das Rückführungssignal RÜCK erkennen.
[0045] Fig. 4A stellt die Sicherheitselektronik SE mit einkanaligem Anschluss, umfassend Kanal Kl und Kanal K2, des optischen Sensors OS dar. Der optische Sensor OS ist über einen ersten sicheren Eingang El mit den Eingangskontakten E1+ und El - mit jeweils dem ersten Kanal Kl und dem zweiten Kanal K2 mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. [0046] Fig. 4B stellt einen weiteren Aspekt dar, wie mehrere optische Sensoren OS mit dem sicheren Eingang E der Sicherheitselektronik SE verbunden werden können. Dabei wird ein erster optischer Sensor OS1 über den ersten Kanal Kl mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Ein zweiter optischer Sensor OS2 wird über den zweiten Kanal K2, separat vom ersten Kanal Kl, mit der Sicherheitselektronik SE verbunden. Somit ergibt sich ein komplett zweikanaliges System, bei welchem eine interne und externe Zweikanaligkeit vorliegt. [0047] Die Beispiele und Möglichkeiten, wie in den Figuren 3A bis 4B dargestellt, wie Anzeigeelement LM mit dem/den sicheren Ausgang/ Ausgängen A und optische Sensoren OS mit dem/den sicheren Eingang/Eingängen E mit der Sicherheitselektronik SE verbunden werden können, können entsprechend derart miteinander kombiniert werden, wenn die Kombination sinnvoll und gewünscht ist beziehungsweise sich nicht gegenseitig ausschließt. [0048] Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Überwachungssystems 100 für einen Not-Halt- Schalter nach einem zweiten Aspekt. Dabei unterscheidet sich das Überwachungssystem 100 nach dem zweiten Aspekt vom Üb erwachungs System 100 nach dem ersten Aspekt dadurch, dass der optische Sensor OS nicht im Betätigungselement 5 untergebracht ist. Der optische Sensor OS des Üb erwachungs Systems 100 nach dem zweiten Aspekt ist an der Sicherheitselektronik SE bereitgestellt. Das optische Signal des optischen Anzeigeelements LM wird von dem optischen Anzeigeelement LM über einen Lichtwellenleiter LWL zu dem optischen Sensor OS geführt. Der Aufbau der restlichen Bauteile entspricht jenem des Überwachungssystems 100 nach dem ersten Aspekt. Aus diesem Grunde werden die gleichen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen und an dieser Stelle nicht wiederholt.
[0049] Fig. 6 zeigt unterschiedliche Beispiele des optischen Sensors OS des Überwachungssystems 100 nach dem ersten und zweiten Aspekt. Der optische Sensor OS umfasst mindestens einen von einem Foto wider stand OSa, Fotodiode OSb und Fototransistor OSc.
[0050] Je mehr Licht auf den Fotowiderstand OSa fällt, desto kleiner wird sein elektrischer Widerstand. Die Ursache für diese Funktion ist der innere fotoelektrische Effekt in einer Schicht, die aus einem amorphen Halbleiter besteht. Im Vergleich zu anderen Lichtsensoren reagieren Foto widerstände sehr langsam.
[0051] Die Fotodiode OSb ist eine Halbleiter-Diode, die Licht im sichtbaren, infrarot-, oder ultravioletten Bereich, an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren fotoelektrischen Effekt in einen elektrischen Strom oder eine elektrische Spannung umwandelt, um die mit dem optischen Signal übertragene Informationen zu empfangen. [0052] Der Fototransistor OSc umfasst eine lichtempfindliche Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor. Die lichtempfindliche Fotodiode liegt schaltungstechnisch parallel zu den Kollektor-Basis-Anschlüssen des Transistors. Auftreffendes Licht lässt durch den inneren fotoelektrischen Effekt einen geringen Strom fließen. Dieser Strom wird im Transistor um den Stromverstärkungsfaktor zu dem Kollektorstrom verstärkt. [0053] An dieser Stelle wird hinsichtlich des bekannten fotoelektrischen Effekts auf die Literatur verwiesen.
[0054] Fig. 7 stellt ein Flussdiagramm für ein Verfahren für ein Überwachungssystem 100 für den Not-Halt- Schalter nach dem ersten und zweiten Aspekt dar. In Schritt S 1 wird mittels der Sicherheitselektronik SE durch die Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mittels elektrischen Signals das optische Signal erzeugt. Gleichzeitig wird an oder nach jedem der Kanäle K das elektrische Signal als Rückführungssignal RÜCK abgegriffen und an die Sicherheitselektronik SE zurückgeführt, um das Schalten der Kanäle K in Bezug auf die Sicherheit beziehungsweise den Sicherheitsgrad zu überwachen. In Schritt S2 wird mit dem optischen Sensor OS das optische Signal gemessen. In Schritt S2 wird mindestens eines von dem Parameter des optischen Signals oder ein Vorhandensein des optischen Signals gemessen. Hierbei wird mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation des optischen Signals gemessen. In Schritt S3 wird über die Sicherheitselektronik SE die Ansteuerung des optischen Anzeigeelements LM mittels elektrischen Signals für eine Zeitdauer tü unterbrochen. Bei einkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik SE und optischen Anzeigeelements LM kann die Unterbrechung zeitlich nacheinander wiederholt werden. Bei mehrkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik SE und optischen Anzeigeelements LM (siehe Fig. 3 A, 3B) kann die Unterbrechung gleichzeitig oder zeitlich versetzt wiederholt werden. Durch die zeitlich versetzten Unterbrechungen können Querschlüsse zwischen den sicheren Ausgängen A, den sicheren Eingängen E sowie zwischen den sicheren Ausgängen A und den sicheren Eingängen E untereinander erkannt werden. Diese Unterbrechung/en wird/werden mit dem mindestens einem optischen Sensor OS gemessen. In Schritt S4 werden das erzeugte elektrische Signal mit dem gemessenen optischen Signal durch die Sicherheitselektronik SE verglichen. Die Unterbrechung und Messung des elektrischen Signals sowie der Vergleich werden als „Dynamisierung“ bezeichnet. Durch die Dynamisierung können somit der/die sichere/n Eingang/Eingänge E und sichere/n Ausgang/ Ausgänge A laufend auf Funktion überwacht werden. Alle eventuell auftretenden Fehler können somit spätestens beim nächsten Zeitintervall der Dynamisierung erkannt werden. Der Grad der Dynamisierung, also wie oft und wann ein Zeitintervall wiederholt wird, ist proportional zur Sicherheitsanforderung von Systemen. Die Sicherheitsanforderung hängt von jeweiligen Gefahrenpotentialen beziehungsweise Gefahrensituationen ab. So wird beispielsweise die Sicherheitselektronik und dessen Funktionen bei Kernkraftwerken nahezu fortwährend dynamisiert überwacht. Die Dynamisierung kann daher auch als Art Funktionstest angesehen werden. Wird technisch sichergestellt, dass das System als redundantes System in getrennter isolierter Ausführung aufgebaut ist, so dass beispielsweise mechanisch keine Querschlüsse oder Masseschlüsse auftreten können, kann auf eine Dynamisierung auch komplett verzichtet werden.
[0055] In Schritt S5 wird ein Warnsignal ausgegeben, wenn das erzeugte optische Signal, abhängig von dem elektrischen Signal, von dem gemessenen optischen Signal abweicht. Die Ausgabe des Warnsignals erfolgt drahtlos oder drahtgebunden an eine Empfangsstelle. Das Warnsignal kann ein analoges oder digitales Signal sein. Die Empfangsstelle kann aus dem Warnsignal einen Steuerbefehl und/oder ein akustisches beziehungsweise optisches Signal generieren. Beispielsweise ist der Steuerbefehl ein Stillsetzen der Maschine.
Bezugszeichen
100 Überwachungssystem
5 Betätigungselement
LMx Anzeigeelement
OSx optischer Sensor
SE Sicherheitselektronik
A sicherer Ausgang
Ax+, Ax- Ausgangskontakt E sicherer Eingang
Ex+, Ex- Eingangskontakt
LWL Lichtwell enl eiter
Sx Schalter
Mx Messfühler
OSa Foto wider stand
OSb Fotodiode
OSc Fototransistor tü Zeitdauer
PL Performance Level
SIL Safety Integrity Level

Claims

Ansprüche
1. Überwachungssystem (100) für ein optisches Anzeigeelement (LM) eines Not-Halt- Schalters, das Überwachungssystem umfassend: ein Betätigungselement (5), umfassend das optische Anzeigeelement (LM), einen optischen Sensor (OS), und eine Sicherheitselektronik (SE), verbunden mit dem optische Anzeigeelement (LM) und dem optischen Sensor (OS), wobei die Sicherheitselektronik (SE) einen sicheren Ausgang (A) und sicheren Eingang (E) umfasst und mit dem optischen Anzeigeelement (LM) über den sicheren Ausgang (A) verbunden ist und mit dem optischen Sensor (OS) über den sicheren Eingang (E) verbunden ist.
2. Überwachungssystem (100) für ein optisches Anzeigeelement (LM) eines Not-Halt- Schalters, das Überwachungssystem umfassend: ein Betätigungselement (5), umfassend das optische Anzeigeelement (LM), mindestens einen Lichtwellenleiter (LWL), und eine Sicherheitselektronik (SE), umfassend einen optischen Sensor (OS), wobei die Sicherheitselektronik (SE) einen sicheren Ausgang (A) und sicheren Eingang (E) umfasst und mit dem optischen Anzeigeelement (LM) über den sicheren Ausgang (A) verbunden ist und mit dem optischen Sensor (OS) über den sicheren Eingang (E) verbunden ist und der mindestens eine Lichtwellenleiter (LWL) ein optisches Signal des optischen Anzeigeelements (LM) zu dem optischen Sensor (OS) führt.
3. Überwachungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Sicherheitselektronik (SE) über einen ersten Kanal (Kl) und einen zweiten Kanal (K2) mit dem optischen Anzeigeelement (LM) verbunden ist.
4. Überwachungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Sicherheitselektronik (SE) über einen ersten Kanal (Kl) und einen zweiten Kanal (K2) mit dem optischen Sensor (OS) verbunden ist.
5. Üb erwachungs System (100) nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem ein elektrischer Strom bzw. Spannung von der Sicherheitselektronik (SE) über mindestens einen von dem ersten Kanal (Kl) und den zweiten Kanal (K2) als Rückführungssignal (RÜCK) zurück an die Sicherheitselektronik (SE) geführt wird.
6. Überwachungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem der optische Sensor (OS) mindestens einen von einem Foto wider stand (OSa), einer Fotodiode (OSb) und einem Fototransistor (OSc) umfasst.
7. Üb erwachungs System (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem das optische Anzeigeelement (LM) mindestens ein Anzeigeelement umfasst und/oder der optische Sensor (OS) mindestens einen optischen Sensor umfasst.
8. Überwachungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem der sichere Ausgang (A) mindestens einen ersten Ausgangskontakt (A1+) und mindestens einen zweiten Ausgangskontakt (A1-) umfasst.
9. Überwachungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem der sichere Eingang (E) mindestens einen ersten Eingangskontakt (E1+) und mindestens einen zweiten Eingangskontakt (El-) umfasst.
10. Verfahren für ein Überwachungssystem für ein optisches Anzeigeelement eines Not- Halt- Schalters, umfassend
Erzeugen eines optischen Signals durch Speisen eines optischen Anzeigeelements (5) mit elektrischem Strom bzw. Spannung über eine Sicherheitselektronik (SE);
Messen des optischen Signals über einen optischen Sensor (10) vermittels der Sicherheitselektronik (SE); Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals für eine Zeitdauer (tü), und Messen der Unterbrechung des optischen Signals über den optischen Sensor (OS) vermittels der Sicherheitselektronik (SE);
Vergleichen des erzeugten optischen Signals mit dem gemessenen optischen Signal bei Vorhandensein des elektrischen Stroms bzw. Spannung durch die Sicherheitselektronik (SE); und
Ausgeben eines Warnsignals bei abweichendem Vergleich des erzeugten optischen Signals und des gemessenen optischen Signals bei Vorhandensein des elektrischen Stroms.
11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend laufend Überwachen von mindestens einem von einem sicheren Eingang (E) und einem sicheren Ausgang (A) der Sicherheitselektronik (SE) durch
Wiederholen der Unterbrechung und Messung des optischen Signals und dessen Vergleich.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem das Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals bei einkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik (SE) und optischen Anzeigeelements (LM) zeitlich nacheinander wiederholt werden kann.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem das Unterbrechen der Erzeugung des optischen Signals bei mehrkanaliger Verbindung zwischen Sicherheitselektronik (SE) und optischen Anzeigeelements (LM) gleichzeitig wiederholt werden kann.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei welchem beim Messen des optischen Signals mindestens eines von einem Parameter des optischen Signals oder ein Vorhandensein des optischen Signals durch die Sicherheitselektronik (SE) gemessen wird, wobei der Parameter des optischen Signals mindestens eines von einem Lichtspektrum, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke oder besondere Modulation umfasst.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welchem das Ausgeben des Warnsignals an eine Empfangsstelle mittels drahtlos oder drahtgebunden erfolgt.
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