Ansteuerungssystem für elektromechanische Lineareinheiten zur Fehlersicherung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ansteuerungssystem für elektromechanische Lineareinheiten zur Erstfehlersicherheit gegen unkontrollierbare Bewegungsabläufe durch einen Eingriff in die Antriebssteuerung von Lineareinheiten, insbesondere an Krankenbetten.

Linearantriebssteuerungen bedürfen einer Überwachung, vor allem in den Fällen, wo durch Fehler unkontrollierte Bewegungen die Folge sein können. So werden solche Linerarantriebssteuerungen zum Verstellen von Geräten aller Art benutzt, wie bei Maschinensteuerungen in Bearbeitungsmaschinen, unter anderem aber auch bei der Verstellung von Krankenbetten. Hier ist es besonders wichtig, dass Fehlerfünktionen oder Defekte sofort erkannt werden, um Schäden oder Gefahren jeglicher Art zu vermeiden. Gefahren können auftreten, wenn Fehler in der Steuerung vorliegen. Jedes unkontrollierte Verfahren eines Antriebes, das durch einen Fehler im Gerät verursacht wird, kann Situationen hervorrufen, die eine Gefährdung für den Patienten darstellen. Ein unkontrolliertes Verfahren der Antriebe hängt meist mit Fehlern in der Steuerung zusammen, wie hängenbleiben von Kontakten, Unterbrechung der Leitungen u. dergl..

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Auftreten eines beliebigen ersten Fehlers jede Art von Gefährdung auszuschliessen, im Bedarfsfall auch dadurch, dass das Gerät gebrauchsunfähig gemacht wird. Darüber hinaus ist die Erkennbarkeit des ersten Fehlers für den Benutzer zu gewährleisten und die Funktionsbeeinträchtigung von der Steuerung mittelbar durch akustische oder optische Signale zu melden.

Die Lösung der Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche enthalten.

Das Ansteuerungssystem besteht aus drei Komponenten.

Erstens einer Befehlseingabe in Verbindung mit einer integrierten Verarbeitung der Fahrbefehle, eingebaut in ein oder mehrere Bedienungstastaturen.

Zweitens einer weiter verarbeitenden Elektronik in Form einer Mikrocontrollersteuerung. Drittens aus Leistungsstellgliedern, die den Motorstrom der Lineareinheiten schalten (Relais; Leistungstransistoren).

Der Ausfall einer jeden dieser Komponenten kann eine unkontrollierte Bewegung der Lineareinheiten einleiten, z.B. auch ein defekter Tastkontakt oder ein Relais.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß alle sicherheitsrelevanten Komponenten doppelt vorhanden sind und daß der Ausfall der redundanten Komponenten erkannt, gemeldet und sicher gestellt wird.

Dieses wird erreicht

• durch doppelte Tastkontakte in den Bedienungstastaturen
• durch eine Absicherung des Ausfalles der Steuerung mittels einer Hardware-Verschaltung der Relaisspulen-Spannung
• durch redundante Leistungsstellglieder
• durch Überprüfung der sicherheitsrelevanten Bauteile durch die Steuerung.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung wie folgt erleutert:

In der Fig. sind drei Systeme einander nachgeschaltet,

• die Bedientastatur mit der Tasteninformation A
• die Steuerung B und
• der Lineareinheit C.

Diese Einzelsysteme sind räumlich von einander getrennt und über Leitungen mit einander verbunden.

Der Tasteninformation A sind für jeden Verstellvorgang zwei parallel liegende Tastkontakte zugeordnet. Von diesen ist der Tastkontakt 1 als Befehlsgeber und der Tastkontakt 2 als redundanter vorgesehen. Beide Tastkontakte werden über einen Stössel immer gleichzeitig betätigt. Der befehlsgebende Tastkontakt 1 übermittelt sein Signal über eine serielle Übertragung 3 an die Steuereinheit 4. In dieser seriellen Übertragung werden die ankommenden Informationen der Signal führenden parallelen Leitungen in einen seriellen Datenstrom übertragen. Der parallel geschaltete Tastkontakt 2 ist direkt über eine Leitung 8 zur Steuereinheit 4 geführt. Der Steuereinheit 4 ist eine Mikrocontrollerplatine zugeordnet. Es werden somit zwei Funktionen erfüllt. Der Steuereinheit 4 werden über die serielle Übertragung 3 ein Signal vom befehlsgebenden Tastkontakt 1 und gleichzeitig ein Signal vom redundanten Tastkontakt 2 zugeführt.

Damit ist die Steuereinheit 4 in der Lage den Ausfall eines Tastkontaktes zu erkennen, da immer beide Signale übereistimmen müssen. Der Ausfall eines der beiden Signale wird somit erkannt, gemeldet und die Anlage stillgesetzt.

Der Tastkontakt 2 ist über die Leitung 8 mit der Steuereinheit 4 verbunden. Diese Leitung 8 ist aber weiter geführt, und zwar über eine Treiberschaltung 9, bis zum Relais 5. Damit werden über diese Leitung 8 ebenfalls zwei Funktionen erfüllt. Einmal werden die Signale des redundanten Tastkontaktes 2 an die Steuereinheit 4 übertragen und zum anderen wird über die Treiberschaltung 9 die Relaisspule 5 beaufschlagt. Durch die Treiberschaltung 9 wird eine Anpassung der unterschiedlichen Spannungen von Tastatur und Relais bewirkt. Ein Ausfall der Mikrocontrollerplatine in Verbindung mit der Steuereinheit ist damit abgesichert, da jede ungewollte Verfahrbewegung der Lineareinheiten über die Wegnahme der Relaisspulen-Spannung durch den Tastenkontakt 2 stopbar ist

Unterstützt wird dieses noch durch die serielle Übertragung 3, deren Übertragungsprotokoll nicht durch einen Fehler nachahmbar ist, so daß jeder Fehler von der Steuereinheit sofort erkannt und verarbeitet wird.

Für die Zuschaltung der Lineareinheit 7 sind zwei Leistungsstellglieder vorgesehen, das Relais 5 und der Leistungstransistor 6. Diese beiden Leistungsstellglieder sind in Reihe geschaltet. Die Lineareinheit 7 kann also nur betätigt werden, wenn beide Leistungsstellglieder durchgeschaltet sind. Der Ausfall eines Leistungsstellgliedes - z.B. durch hängenden Kontakt - kann unabsehbare Folgen haben. Somit werden beide Leistungsstellglieder unabhängig voneinander überwacht und überprüft. Diese Überwachung erfolgt ebenfalls in der Steuereinheit 4. Das Relais 5 und der Leistungstransistor 6 werden wechselseitig angesteuert und jedesmal wird gemessen, ob ein Strom zur Lineareinheit 7 fliesst. Diese wechselseitige Ansteuerung erfolgt in angemessenen Zeitabständen. Während der Zeit in der der Relaiskontakt angesteuert ist muss der Leistungstransistor unterbrochen sein und umgekehrt. Fliesst ein Strom, so ist dieses eindeutig die Folge eines hängenden Kontaktes oder Kurzschlusses des anderen Elementes. Die Steuereinheit überwacht hierbei auch noch die die Funktion der Strommessung selbst, um obige Prüfung zu verifizieren. Die Software wird durch eine Quersummenprüfung überwacht.

Die Ansteuerung einer Lineareinheit erfolgt somit durch Betätigung der Tastkontakte 1 u. 2 mit gleichzeitiger Funktionsüberprüfung in der Steuereinheit 4. Sind die Tastkontakte im einwandfreien Zustand, wird ein Impuls an das Relais 5 gegeben, dessen Kontakt kurzfristig geschlossen und gemessen, ob der Leistungstransistors unterbrochen, bzw. Gesperrt ist. Sollte dieser durchgeschaltet sein, so wird sofort das Relais 5 abgeschaltet. Fliesst kein Strom, so wird die Spannung vom Relais 5 weggenommen und dem Leistungstransistor 6 zugeführt und erneut gemessen, ob ein Strom fliesst. Nur wenn kein Strom fliesst ist der Beweis gegeben, daß die Kontakte des Relais und der Leistungstransistor die ordnungsgemässen Befehle ausführen. Erst wenn die Steuereinheit 4 erkannt hat, daß alle überwachten Elemente in Ordnung sind wird der Befehl des befehlsgebenden Tastkontaktes 1 ausgeführt, und zwar immer für die Dauer des geschlossenen Tastkontaktes 1.

In der Leitung von der Steuereinheit 4 zur Lineareinheit 7 ist ein Strommessgerät 10 geschaltet. Den Messwert liefert dieses Gerät an die Steuereinheit 4. Damit wird die Funktionsüberprüfung der Leistungsstellglieder 5 u. 6 auch im ausgeschalteten Zustand übernommen. Ebenso ist es möglich bei Einzeschaltung der Leistungsstellglieder zu Prüfzwecken die Funktion zu überprüfen.