[发明专利]用于控制过程的控制系统

说明书

本发明涉及利用安全模块和输出模块对过程进行控制的控制系统以及控制装置。此外，本发明还涉及利用安全模块和输出模块对过程进行控制的方法。

用于对过程、特别是安全相关的过程进行控制的控制系统在许多应用领域如自动化技术中具有重要作用。这样的控制系统(也可为现场总线系统)通常包括与待控制过程连接的多个信号单元或总线部分(Busteilnehmer)，并且通常还包括总线主控制，总线主控制通过与现场总线相关的所谓现场总线消息对基于帧的通信进行控制。现有技术的这些已知现场总线系统向过程控制提供了多种可能性，但常存在的问题是，这种现场总线系统需符合相关安全要求。

在本文中，安全相关的过程可特别地理解为这样一种过程，即在该过程中，如果出现故障则会对人和/或物品造成的不能忽略的危险。因此，当出现故障时，控制安全相关的过程的控制系统需要将过程和/或包括过程的总系统转换到安全模式。安全相关的过程的示例为化学过程(在化学过程中必须将关键参数保持在预定范围内)和复杂的机械控制，例如液压机或生产线，其中例如冲压工具/切削工具的启动运行可代表安全相关的过程。安全相关的过程的另一示例为对防护栏、保护门或光棒、捕捉开关或应急关闭开关反应的控制进行监测。

对于安全相关的过程而言，所使用装置的硬件和软件通常采取不同的措施，例如多个关闭装置用于安全相关的输出端、电路冗余、诊断电路、软件的故障识别措施或过压保护和欠压保护，从而满足需求。特别地，符合安全相关的需求的一般标准可在安全标准DIN EN61508、DIN EN 62061或DIN EN ISO 13849中找到。

具有安全相关的输出端的控制系统在现有技术中已知，其中，虽然输出端位于关闭路径内，但是它本身并不能执行根据上述安全标准的任何安全功能。例如，在故障情况或安全需求情况下，这种安全相关的输出端由根据上述安全标准的输出模块控制，而该输出模块通过安全控制装置局部作用或受到安全控制装置的局部控制。然而，在现有技术中已知的这种控制系统的硬件成本以及工程费用是非常昂贵的。此外，由于在诊断方面具有的可能缺陷，这种控制系统的作用非常有限。

此外，这种控制系统还具有的缺点是，安全相关的输出端上的交叉故障、和/或相同的安全输出模块提供的输出端之间的交叉故障不能被检测到，在这种情况下，由控制系统控制的设备以及操作人员可能存在危险。

本发明的目的是提供用于控制过程的控制系统、控制装置以及控制方法，其能够特别简单且有益地实现过程的安全控制。

根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求给出了本发明的有益的实施方式。

因此，本发明的目的通过用于控制过程的控制系统来实现，控制系统包括安全模块和输出模块，其中，安全模块提供安全信号，输出模块包括发出安全信号以对过程进行控制的输出端，输出模块还包括检测输出端的实际状态的装置。安全模块可将检测到的实际状态与目标状态进行比较，如果实际状态与目标状态之间存在差别，过程被转换为安全模式。

根据本发明提供了用于对过程进行控制、特别是对安全相关的过程进行控制的控制系统，该控制系统能以非常低的成本特别用于安全相关的应用，因为输出模块通过检测实际状态向安全模块提供输出端的诊断信息或状态信息。

根据本发明的控制系统因此允许标准技术(例如上述输出模块、以及控制系统中不符合上述用于安全相关过程的安全标准的组件)与安全技术(例如，安全模块、以及控制系统中符合用于安全相关过程的上述安全标准的装置)之间简单且彻底地分离，使得与现有技术已知的部件相比，根据本发明的控制系统使用的部件的结构尺寸减小了。因此，优选地根据上述安全标准实施的安全模块满足了根据上述安全标准来控制安全相关的过程的要求，此外，根据本发明的控制系统也满足了上述安全标准的要求。

输出模块可以实施为现有技术已知的输出模块，例如具有与致动器(如马达或执行器)连接的输出端的输出装置，其中，根据本发明的输出模块包括用于检测输出端的实际状态的装置。此外，优选地，安全信号实施为安全电压。在本文中，安全信号的“安全”应解释为满足上述安全标准的要求。换句话说，信号表示安全信号，如安全电压，其满足不同的安全标准要求，例如DIN EN 61508、DIN EN 62061或DIN EN ISO 13849。

安全模式是指这样的状态，即，假设在发生了故障的情况下，在该状态下能够避免设备和操作人员的潜在危险。一般而言，用于自动化技术领域的安全模式是自由能量状态。