CN100520850C - 故障安全远程控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及操作故障安全的远程控制系统(160)。该远程控制系统包括安全滤波器，以便于提供故障挽救操作。本发明还涉及可调节的病人操作台(100)，其包括故障安全的无线远程控制结构，用于控制启动器来调节操作台。

Description

故障安全远程控制

技术领域

本发明涉及一种用于具有严格安全需求的环境中的故障安全接口。

本发明还涉及需要故障安全接口的远程控制系统。

本发明尤其涉及一种无线远程控制，其可以用于在医疗环境中控制病人操作台的移动，还可以用在需要调节物体同时高度关注误差情况引起的安全问题的任何系统中。这种环境包括医院操作和观察室，其具有和很多种设备例如X射线机、MRI扫描仪等等一起使用的可调节病人操作台。

背景技术

在2000，IEC接受IEC 61508标准(“Functional Safety ofElcctrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related System”)以支持使用Safety Instrumented Systems(SIS)的公司保护个人和设备免受危险事件。IEC 61508限定了四种安全完整等级(safety integritylcvcl)(SIL，等级1～4)，以当出现程序需要时统计地表示SIS的完整性。SIL考虑装置的完整性、结构、投票、诊断、系统性和共同导致的故障、测试、操作和维护。SIL建立了用于危险降低目标的数量级。这种目标故障测试结果是关于安全完整条件的获得的危险模式故障的有意可能性，特别是关于不能按需执行安全操作的平均可能性(对于操作的低需求)；或者每小时危险故障的可能性(对于操作的高需求或者连续模式)。SIL越高，故障的影响越大，因此可接受的故障率越低。必须使用充分构建好的方法仔细地证明用于驱动SIL标记的方法。确定或者指定SIL的第一个步骤是引入过程危险分析(PHA)。IEC 61508的方法将大部分实际评价聚焦在潜在危害、灾祸或者其它对于个人的危险。

在需要使用有线的或者无线的远程控制调节物体的环境中，可以使用由继电器(relay)切换的启动器。尤其是当该物体包括医院病人操作台时，安全考虑具有很高的优先性。

在典型的实施例中，微控制器扫描无线远程控制的键盘输入和/或用来控制可移动的病人操作台的脚踏开关。当病人控制远程控制单元时，它的微处理器的输出将控制继电器。一般地，远程控制中的微控制器可能进入错误情形。当输出阻塞时，病人操作台可能移动非可控制的物体，该物体可能非常危险并必须阻止。

当微处理器连接到继电器(relay)时，因为涉及到半导体和软件，所以很难进行错误分析。为此原因，错误或者故障情形并非总是可检测的。在涉及安全性问题的应用中，这是个严重问题。然而，当错误情况出现时，需要立即停止任何移动，以阻止任何危险或者恶化、对病人的伤害。

还希望的是，在故障安全系统中使用过去已知并且具有公知(可靠)性能的部件。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于远程控制的安全接口。

本发明的另一个目的是提供一种安全滤波器，用于远程控制以调节病人操作台，使得在已检测到错误的情况下停止任何移动。

在一个实施例中，微控制器使用安全滤波器控制继电器。

在另一个实施例中，安全滤波器包括带通滤波器，其仅仅当微控制器输出具有位于某频率范围内的主要成分的信号时输出继电器控制启动信号。在优选实施例中，安全滤波器包括变压器，这是以前公知的，足以安全地用在故障安全系统中。

在另一个实施例中，本发明提供了一种可调节的病人操作台(100)，其包括用于控制启动器来调节操作台的故障安全无线远程控制结构。

在优选实施例中，本发明提供了用于控制涉及安全性操作的远程控制系统160。它包括第一用户输入信号路径和第二用户输入信号路径、用于发送来自第一信号路径的第一信号和来自第二信号路径的第二信号的发送器110、接收第一信号和第二信号的接收器120、响应有效第一信号可输出第一开关控制输出信号的第一开关控制器、包括响应有效第二信号可输出第二开关控制输出信号的安全滤波器150的第二开关控制器。只有当第一开关控制输出有效第一开关控制输出信号以及安全滤波器输出有效第二开关控制输出信号时，才能启动涉及安全性的操作。

参考下文中描述的实施例，本发明的这些和其它方案将是显而易见的，并将得到阐述。

附图的简要说明

现在将借助于实例，参考附图更具体地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明涉及安全性的系统100中的远程控制系统160的方框图；

图2示出了根据本发明涉及安全性的系统100中的远程控制系统100中使用的安全滤波器150的最佳实施方式；

图3示出了根据本发明的最佳实施例安全滤波器150和继电器170的敏感性相对于安全滤波器响应的频率响应。

通过整个附图，相同的附图标记指代相同的元件或者执行相同功能的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的涉及安全性的系统100中的远程控制系统160的方框图。系统100包括键盘扫描器102、脚踏开关104(断开状态具有断开触点)、远程控制系统160和涉及安全性的装置190。远程控制系统160包括双向执行和冗余信号路径(看作为第1个103和第2个105)，并包括微控制器106、108、122、124、发送器110、传送路径115、接收器120、继电器开关驱动器144、放大器140和安全滤波器150。装置190包括继电器(relay)170和172以及电机180。仅仅当继电器170和172都启动时才启动电机180。继电器170只能被有效的第一开关控制信号153启动，以及继电器172只能被有效的第二开关控制信号155启动。

装置190的一个例子是病人操作台，其例如可以使用作为启动器一部分的电机180上下移动。然而，当系统100将进入错误状态时，通过至少制动继电器170或者继电器172，来突然停止任何移动，否则将对例如躺在操作台上的病人造成严重的情形。

为了安全地控制涉及安全性的系统100中的操作，通常双向实现控制线，第二个对第一个来说是冗余的。这从脚踏开关104和键盘102开始，其对于每个功能具有两个输出线。微控制器106和108检查第1个103上的信号和第2个105上的信号的完整性(integrity)，并且它们还彼此检查状态。在任何错误的情况下，微控制器不会输出影响动作的信号。微控制器106和108的另一个工作是为传输它的传送器110准备它们各自的输入信号。接收器120将接收多路所述传输的信号并将它们在输出到微控制器122和124的信号中分开。传送路径115可以是无线的(例如，射频，RF)、红外线(1R)或者电缆传导(例如，通过在一个以及相同的传导载体上调制的第1个和第2个信号)。微控制器122和124将检查每个分别的输入信号的完整性，并还将检查彼此的故障条件(优选通过信号交换)。再如没有检测到错误状态，则微控制器122将输出用于继电器开关驱动器144的第一控制信号126。以及再如果没有检测到错误状态，则微控制器126将第二控制信号128输出给放大器140。第二控制信号128包括周期脉冲序列信号(具有方框形状)，其具有在F1和F2之间的基本频率成分，通常为F0。本发明的思想是，当微控制器在错误状态时，它将不能输出这种通常是软件产生的方框形状的信号。F1将大于0Hz以及F2将小于微控制器124的节拍频率(tact frequency)。

将使用脉冲序列信号控制继电器170。但是在所述脉冲序列到达继电器之前，它将通过放大器140，然后通过(优选窄带)滤波器150。因为来自于微控制器124的信号128在通过滤波器150之后通常将能量不足以驱动继电器17，所以可能需要放大器。当脉冲序列具有和带通滤波器匹配的主频成分时(如同F1<频率<F2)，这种带通滤波器将输出真实的信号。

图2示出了在根据本发明的涉及安全性的系统100中的远程控制系统100中使用的安全滤波器150的最佳实施方式。

滤波器150包括LC带通滤波器152，其包括电容器C0和变压器T0、整流二极管D1和电容器C1。在有源操作中，滤波器150将接收方波信号，该方波信号将通过包括电容器C0和变压器T0的选择变压器进行带通滤波，然后通过二极管D1和电容器C1有效地整流。产生的DC输出信号的能量足以通过驱动继电器170闭合开关。

图3示出了，根据本发明的最佳实施例，安全滤波器150和继电器170对于安全滤波响应的敏感性320的频率响应310。LC带通滤波器152作为具有310特性的窄带滤波器。当向滤波器150提供具有F1<频率<F2的主频成分的脉冲序列时，DC信号将出现在滤波器150的输出端，其足够大能起动继电器开关170。滤波器将借助于D1和C1整流该滤波的脉冲序列。在错误状态中(微处理器内的软件错误或者硬件错误)，将不能通过微控制器124传输该专用的频率。

明显高于或者低于F0的频率的信号基本上不能通过(带通)滤波器并将不能启动继电器170。应当仔细选择部件C0、T0、D1和C1，并且知道它们具有很高的可靠性和精确度。当这些部件是无源时，对于故障分析需要考虑的错误状态数量受到很大限制，因此可以实现符合安全标准例如IEC 61508的操作。

为了保证最可靠的故障安全操作，用于系统100中的全部部件应当选择可靠和简单的。为此原因，建议尽可能使用公知的和得到测试的部件。因为所有这些部件的特性是已知的，所以可以在设计阶段分析和模拟所有的错误情形。

在医疗设置中，其中电缆可能是危险的并且使得医疗设备的操作很笨拙，故障安全的有线和无线远程控制是非常有用的。例如可以使用远程控制来控制病人操作台的移动。例如当将操作台机动操纵到医疗系统检测躺在操作台上的病人时这可能是很有用的。可以很好地使用远程控制来控制具有远程控制的病人操作台的垂直和/或水平移动，在这种系统中，可以在非常宽的适用范围中应用该远程控制，其中安全具有重要意义。

本领域普通技术人员将意识到，可以设计可替换的方案，以借助于所描述的控制和/或系统中关键点(tweaks)来创建故障安全远程控制。例如，预编程状态的机器能替换微控制器106、108、122和124。代替控制电机，其他的功能块还可以是使用继电器170、172的开关，例如启动X射线机的曝光或者启动使用(或者不启动)具有安全性调节的任何其它功能。

上述仅仅说明了本发明的原理。因此本领域技术人员将能够建议，多种布置包含了本发明的原理并因此在其精神和范围之内，尽管这里没有明确描述或者示出。

例如，可以将多个独立的脚踏开关和/或键盘信号连接到微控制器106和108，用于控制不同的(例如涉及安全性的)操作。因此，微控制器122和124能输出多个信号，用于控制不同的操作。对于每个操作，可以设计具有不同带通性能的不同安全滤波器150。

Claims (10)

1.一种用于控制涉及安全性的操作的远程控制系统(160)，包括：

第一输入信号路径和第二输入信号路径；

传送器(110)，用于传送来自第一信号路径的第一信号和来自第二信号路径的第二信号；

接收器(120)，其用于接收第一信号和第二信号；

第一开关控制器，其响应第一信号可以输出第一开关控制信号(153)；

包括安全滤波器(150)的第二开关控制器，该安全滤波器响应第二信号可以输出第二开关控制信号(155)；

其中仅当所述第一开关控制器输出有效第一开关控制信号(153)以及所述安全滤波器输出有效第二开关控制信号(155)时，启动所述涉及安全性的操作。

2.如权利要求1的远程控制系统，其中

所述第一开关控制信号(153)可以耦合到第一开关，用于控制所述涉及安全性的操作；

所述第二开关控制信号(155)可以耦合到第二开关，用于控制所述涉及安全性的操作；以及其中

所述安全滤波器(150)包括带通滤波器(152)，该带通滤波器包括变压器。

3.如权利要求2的远程控制系统，其中所述第一和第二开关的至少一个包括继电器(170，172)。

4.如权利要求1、2或3的远程控制系统，其中所述远程控制系统包括无线远程控制结构。

5.一种涉及安全性的系统(100)，包括：

装置(190)，其包含用于调节该装置的电机(180)；

权利要求1或2中的远程控制系统(160)，其用于使得操作单元将该装置调节到理想状态，其中

只有当出现所述有效第一开关控制信号(153)和所述有效第二开关控制信号(155)时，电机才能启动。

6.如权利要求5的涉及安全性的系统(100)，其中该远程控制系统包括无线远程控制结构。

7.一种涉及安全性的系统(100)，包括：

装置(190)，其包含用于调节该装置的电机(180)；以及

权利要求3中的远程控制系统，其用于使得操作单元将该装置调节到理想状态，其中

只有当所述有效第一开关控制信号(153)启动所述第一开关以及所述有效第二开关控制信号(155)启动所述第二开关时，电机才启动。

8.如权利要求7的涉及安全性的系统(100)，其中所述第一和第二开关中的至少一个包括继电器(170，172)。

9.如权利要求8的涉及安全性的系统(100)，其中该装置(190)包括可调节的病人操作台。

10.如权利要求7、8或9的涉及安全性的系统(100)，其中所述远程控制系统包括无线远程控制结构。

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