[发明专利]用于运行安全控制设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行安全控制设备的方法。

背景技术

安全控制设备通常用于监控工业中安全关键的区域并且在存在安全关键问题的情况下执行应对措施。典型地，安全控制设备一方面与信号仪器以交换信号的方式连接并且另一方面与执行器以交换信号的方式连接。用于安全控制设备的经常使用的信号仪器是紧急制动按键、保护门开关、双手开关、光栅和提供所监控的机器或机器设备的安全相关的信号的不同的传感器。因此，安全控制设备监控来自信号仪器的安全相关的信号并且评估所述信号。接下来，所述安全控制设备根据评估来产生用于控制执行器的控制信号。然后，所述控制信号典型地被控制成，使得其引起设备的安全状态。这例如能够通过失效安全地关断相应的设备来进行。替选地或附加地，能够输出用于保护设备的报警信号。

为了建立安全控制设备的尤其安全的运行能力，所述安全控制设备典型地制造为具有冗余组件的。例如，安全控制设备因此具有两个或多个计算单元，所述计算单元并行地处理相同的任务。为了改进安全运行能力，多样化地设计组件以及由组件处理的软件组件，由此能够补偿内部的系统错误。为此例如能够提出：计算单元来自不同的制造商并且具有不同的体系结构。重要的是，可以比较来自不同计算单元的两个或多个结果，所述结果以不同的方式基于相同的输入数据来确定。如果所述结果不一致，那么在安全控制设备之内存在安全相关的错误。能够通过执行适宜的反应步骤来实现安全控制设备对这种错误的反应。例如，能够输出报警信号和/或关断设备。也能够考虑的是，将控制任务移交给次级安全控制设备。

如果安全控制设备具有多于两个冗余组件，那么在比较结果时能够进行多数决定法。由此实现，当仅在一个组件中存在内部错误时，控制任务能够继续进行。如果仅提供两个组件，那么通常进行自动的应对措施。其结果是，大多数情况下需要通过机器操作员对相关设备进行手动干预。

实现冗余构成的安全控制设备的前提条件是组件之间的计算结果的可比较性。为了能够确保所述可比较性，在安全控制设备中能执行整数运算。整数能够精确地表现在数字数据处理中，并且在应用整数时的存储耗费仅是很低的。这同样适用于基础的计算类型，例如加法、减法、乘法和结果还必须是整数的整数除法。此外，整数算术遵循基础的代数法则，例如结合律、分配律和交换律。因此，仅进行整数运算的算法相对于置换操作符（Operatoren）的算法是稳定的进而鲁棒的。

在此不利的是，安全控制设备限制于整数运算。由此降低了结果的精确性，因为输入信号仅能够表现为整数进而在大多数情况下必须被取整成整数。

为了改进计算精度，从计算机技术的领域中已知：使用浮点数。浮点数（也称作Gleitpunktzahl或Flieβkommazahl）是实数的近似表示形式。浮点数与从计算机代数中已知的定点数不同。在浮点数中存储有受限的数位序列、尾数，其中在固定位上采用小数点。该尾数与另一表达形式相乘，所述表达形式由一个底数组成并且具有指数。底数的数值典型地经由协定协调一致。指数暗示地说明小数点的实际位置。浮点数的应用用于能够简单地且以小的存储耗费表示极其大的还有极其小的数字。这如下实现：由于“单独的”小数点能够自动地实施对数值进行定标并且重新计算。浮点数的应用能够允许：与借助整数实现的情况相比能够实施明显更准确地和更复杂的运算。在此，最佳地利用计算单元的存储器，使得确保最大可能实现的精度。

为了借助浮点数进行运算，从数字数学中已知特殊的浮点数算法。在该浮点数算法中，基础代数法则部分地是不适用的，因为代数法则由于在小数点处操作符的方向且由于浮点数据类型的受限的长度而能够受到损害。为了说明而提出下述（简化的）示例：

表达式0.125+4.5-4.0由十进制数组成并且应当借助于浮点数换算成二进制系统。表达式进而所示出的十进制数在二进制系统中具有有限的表示方式：0.001+100.1-100.0。

如果提供四个位用于显示二进制数，那么能够完整地表示所有十进制数。在使用括号的情况下，得出下述运算：

（0.001+100.1）-100.0=100.1-100.0=0.1

如果不同地放置括号，那么得到具有不同结果的下述运算：

0.001+（100.1-100.0）=0.001+0.1=0.101

如所示出的那样，括号的选择在二进制系统中得到不同的结果，而将括号相应地应用到具有十进制数的表达式上则不对结果产生影响。