專利名稱：故障安全遠程控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 一種用于具有嚴格安全需求的環(huán)境中的故障安全接d 。
本發(fā)明還涉及需要故障安全接口的遠程控制系統(tǒng)。
本發(fā)明尤其涉及 一 種無線遠程控制，其可以用于在醫(yī)療環(huán)境中控制 病人操作臺的移動，還可以用在需要調節(jié)物體同時高度關注誤差情況引 起的安全問題的任何系統(tǒng)中。這種環(huán)境包括醫(yī)院操作和觀察室，其具有
和很多種設備例如X射線機、MRI掃描儀等等一起使用的可調節(jié)病人操作臺。
背景技術：
在2000, IEC接受IEC 61508標準("Functional Safety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related System")以、 支持使用Safety Instrumented Systems ( SIS )的/>司保護個人和設備免受 危險事件。IEC 61508限定了四種安全完整等級(safety integrity level) (SIL，等級1~4)，以當出現程序需要時統(tǒng)計地表示SIS的完整性。SIL 考慮裝置的完整性、結構、投票、診斷、系統(tǒng)性和共同導致的故障、測 試、操作和維護。SIL建立了用于危險降低目標的數量級。這種目標故 障測試結果是關于安全完整條件的獲得的危險模式故障的有意可能 性，特別是關于不能按需執(zhí)行安全操作的平均可能性(對于操作的低需 求)；或者每小時危險故障的可能性(對于操作的高需求或者連續(xù)模 式)。SIL越高，故障的影響越大，因此可接受的故障率越低。必須使 用充分構建好的方法仔細地證明用于驅動SIL標記的方法。確定或者指 定SIL的第一個步驟是引入過程危險分析(PHA) 。 IEC 61508的方法 將大部分實際評價聚焦在潛在危害、災禍或者其它對于個人的危險。
在需要使用有線的或者無線的遠程控制調節(jié)物體的環(huán)境中，可以使 用由繼電器(relay)切換的啟動器。尤其是當該物體包括醫(yī)院病人操作 臺時，安全考慮具有很高的優(yōu)先性。
在典型的實施例中，微控制器掃描無線遠程控制的鍵盤輸入和/或 用來控制可移動的病人操作臺的腳踏開關。當病人控制遠程控制單元
時，它的微處理器的輸出將控制繼電器。 一般地，遠程控制中的微控制 器可能進入錯誤情形。當輸出阻塞時，病人搡作臺可能移動非可控制的 物體，該物體可能非常危險并必須阻止。
當微處理器連接到繼電器(relay)時，因為涉及到半導體和軟件, 所以很難進行錯誤分析。為此原因，錯誤或者故障情形并非總是可檢測 的。在涉及安全性問題的應用中，這是個嚴重問題。然而，當錯誤情況 出現時，需要立即停止任何移動，以阻止任何危險或者惡化、對病人的傷害。
還希望的是，在故障安全系統(tǒng)中使用過去已知并且具有公知(可 靠)性能的部件。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于遠程控制的安全接口。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種安全濾波器，用于遠程控制以調節(jié)
病人操作臺，使得在已檢測到錯誤的情況下停止任何移動。 在一個實施例中，微控制器使用安全濾波器控制繼電器。 在另一個實施例中，安全濾波器包括帶通濾波器，其僅僅當微控制
器輸出具有位于某頻率范圍內的主要成分的信號時輸出繼電器控制啟
動信號。在優(yōu)選實施例中，安全濾波器包括變換器，這是以前公知的，
足以安全地用在故障安全系統(tǒng)中。
在另 一個實施例中，本發(fā)明提供了 一種可調節(jié)的病人操作臺
(100),其包括用于控制啟動器來調節(jié)操作臺的故障安全無線遠程控制結構。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明提供了用于控制涉及安全性操作的遠程控 制系統(tǒng)160。它包括第一用戶輸入信號路徑和第二用戶輸入信號路徑、 用于發(fā)送來自第 一信號路徑的第 一信號和來自第二信號路徑的第二信 號的發(fā)送器110、接收第一信號和第二信號的接收器120、響應有效第
一信號可輸出第一開關控制輸出信號的第一開關控制器、包括響應有效 第二信號可輸出第二開關控制輸出信號的安全濾波器150的第二開關控
制器。只有當第 一開關控制輸出有效第 一開關控制輸出信號以及安全濾 波器輸出有效第二開關控制輸出信號時，才能啟動涉及安全性的操作。 參考下文中描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方案將是顯而易見
的，并將得到闡述。 附圖的簡要說明
現在將借助于實例，參考附圖更具體地描述本發(fā)明，其中


圖1示出了根據本發(fā)明涉及安全性的系統(tǒng)100中的遠程控制系統(tǒng) 160的方框圖2示出了根據本發(fā)明涉及安全性的系統(tǒng)100中的遠程控制系統(tǒng) 100中使用的安全濾波器150的最佳實施方式；
圖3示出了根據本發(fā)明的最佳實施例安全濾波器150和繼電器170 的敏感性相對于安全濾波器響應的頻率響應。
通過整個附圖，相同的附圖標記指代相同的元件或者執(zhí)行相同功能 的元件。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發(fā)明的涉及安全性的系統(tǒng)100中的遠程控制系統(tǒng) 160的方框圖。系統(tǒng)00包括鍵盤掃描器102、腳踏開關104 (斷開狀態(tài) 具有斷開觸點)、遠程控制系統(tǒng)160和涉及安全性的裝置190。遠程控 制系統(tǒng)160包括雙向執(zhí)行和冗余信號路徑(看作為第1個103和第2個 105)，并包括微控制器106、 108、 122、 124、發(fā)送器110、傳送路徑 115、接收器120、繼電器開關驅動器144、放大器140和安全濾波器150。 裝置190包括繼電器(relay) 170和172以及電才幾180。僅僅當繼電器 170和172都啟動時才啟動電機180。繼電器170只能^C有效的第一開 關控制信號153啟動，以及繼電器172只能被有效的第二開關控制信號 155啟動。
裝置190的一個例子是病人操作臺，其例如可以使用作為啟動器一 部分的電機180上下移動。然而，當系統(tǒng)100將進入錯誤狀態(tài)時，通過 至少制動繼電器170或者繼電器172,來突然停止任何移動，否則將對 例如躺在操作臺上的病人造成嚴重的情形。
為了安全地控制涉及安全性的系統(tǒng)100中的操作，通常雙向實現控 制線，第二個對第一個來說是冗余的。這從腳踏開關104和鍵盤102開 始，其對于每個功能具有兩個輸出線。微控制器106和108檢查第1個 103上的信號和第2個105上的信號的完整性(integrity),并且它們還
彼此檢查狀態(tài)。在任何錯誤的情況下，微控制器不會輸出影響動作的信
號。微控制器106和108的另一個工作是為傳輸它的傳送器110準備它 們各自的輸入信號。接收器120將接收多路所述傳輸的信號并將它們在 輸出到微控制器122和124的信號中分開。傳送路徑115可以是無線的 (例如，射頻，RF)、紅外線(IR)或者電纜傳導(例如，通過在一個 以及相同的傳導載體上調制的第1個和第2個信號)。微控制器122和 124將檢查每個分別的輸入信號的完整性，并還將檢查彼此的故障條件 (優(yōu)選通過信號交換)。再如沒有檢測到錯誤狀態(tài)，則微控制器122將 輸出用于繼電器開關驅動器144的第一控制信號126。以及再如果沒有 檢測到錯誤狀態(tài)，則微控制器126將第二控制信號128輸出給放大器 140。第二控制信號128包括周期脈沖序列信號(具有方框形狀)，其 具有在Fl和F2之間的基本頻率成分，通常為FO。本發(fā)明的思想是，當 微控制器在錯誤狀態(tài)時，它將不能輸出這種通常是軟件產生的方框形狀 的信號。Fl將大于OHz以及F2將小于微控制器124的節(jié)拍頻率(tact frequency )。
將使用脈沖序列信號控制繼電器170。但是在所述脈沖序列到達繼 電器之前，它將通過放大器140，然后通過(優(yōu)選窄帶)濾波器150。 因為來自于微控制器124的信號128在通過濾波器150之后通常將能量 不足以驅動繼電器17，所以可能需要放大器。當脈沖序列具有和帶通濾 波器匹配的主頻成分時(如同F1〈頻率〈F2),這種帶通濾波器將輸出 真實的信號。
圖2示出了在根據本發(fā)明的涉及安全性的系統(tǒng)100中的遠程控制系 統(tǒng)100中使用的安全濾波器150的最佳實施方式。
濾波器150包括LC帶通濾波器152,其包括電容器CO和變換器 TO、整流二極管Dl和電容器Cl。在有源操作中，濾波器150將接收方 波信號，該方波信號將通過包括電容器CO和變換器TO的選擇變換器進 行帶通濾波，然后通過二極管Dl和電容器Cl有效地整流。產生的DC 輸出信號的能量足以通過驅動繼電器170閉合開關。
圖3示出了，根據本發(fā)明的最佳實施例，安全濾波器150和繼電器 170對于安全濾波響應的敏感性320的頻率響應310。LC帶通濾波器152 作為具有310特性的窄帶濾波器。當向濾波器150提供具有F1 <頻率< F2的主頻成分的脈沖序列時，DC信號將出現在濾波器150的輸出端，
其足夠大能起動繼電器開關170。濾波器將借助于D1和C1整流該濾波 的脈沖序列。在錯誤狀態(tài)中(微處理器內的軟件錯誤或者硬件錯誤)， 將不能通過微控制器124傳輸該專用的頻率。
明顯高于或者低于F0的頻率的信號基本上不能通過(帶通)濾波 器并將不能啟動繼電器170。應當仔細選擇部件CO、 T0、 D1和C1，并 且知道它們具有很高的可靠性和精確度。當這些部件是無源時，對于故 障分析需要考慮的錯誤狀態(tài)數量受到很大限制，因此可以實現符合安全 標準例如IEC 61508的操作。
為了保證最可靠的故障安全操作，用于系統(tǒng)100中的全部部件應當 選擇可靠和簡單的。為此原因，建議盡可能使用公知的和得到測試的部 件。因為所有這些部件的特性是已知的，所以可以在設計階段分析和模 擬所有的錯誤情形。
在醫(yī)療設置中，其中電纜可能是危險的并且使得醫(yī)療設備的操作很 笨拙，故障安全的有線和無線遠程控制是非常有用的。例如可以使用遠 程控制來控制病人操作臺的移動。例如當將操作臺機動操縱到醫(yī)療系統(tǒng) 檢測躺在操作臺上的病人時這可能是很有用的。可以很好地使用遠程控 制來控制具有遠程控制的病人操作臺的垂直和/或水平移動，在這種系 統(tǒng)中，可以在非常寬的適用范圍中應用該遠程控制，其中安全具有重要
本領域普通技術人員將意識到，可以設計可替換的方案，以借助于 所描述的控制和/或系統(tǒng)中關鍵點(tweaks )來創(chuàng)建故障安全遠程控制。 例如，預編程狀態(tài)的機器能替換微控制器106、 108、 122和124。代替 控制電機，其他的功能塊還可以是使用繼電器170、 172的開關，例如 啟動X射線機的曝光或者啟動使用(或者不啟動)具有安全性調節(jié)的任 何其它功能。
上述僅僅說明了本發(fā)明的原理。因此本領域技術人員將能夠建議， 多種布置包含了本發(fā)明的原理并因此在其精神和范圍之內，盡管這里沒 有明確描述或者示出。
例如，可以將多個獨立的腳踏開關和/或鍵盤信號連接到微控制器 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能輸出多個信號,用于控制不同的操作。對于每個操作, 可以設計具有不同帶通性能的不同安全濾波器15 0 。
權利要求
1.一種用于控制涉及安全性的操作的遠程控制系統(tǒng)(160)，包括第一輸入信號路徑和第二輸入信號路徑；傳送器(110)，用于傳送來自第一信號路徑的第一信號和來自第二信號路徑的第二信號；接收器(120)，其用于接收第一信號和第二信號；第一開關控制器，其響應第一信號可以輸出第一開關控制信號(153)；包括安全濾波器(150)的第二開關控制器，該安全濾波器響應第二信號可以輸出第二開關控制信號(155)；其中僅當所述第一開關控制器輸出有效第一開關控制信號(153)以及所述安全濾波器輸出有效第二開關控制信號(155)時，啟動所述涉及安全性的操作。
2. 如權利要求1的遠程控制系統(tǒng)，其中所述第一開關控制信號(153)可以耦合到第一開關，用于控制所 述涉及安全性的操作；所述第二開關控制信號(155)可以耦合到第二開關，用于控制所 述涉及安全性的操作；以及其中所述安全濾波器(150)包括帶通濾波器(152),該帶通濾波器包括 變換器。
3. 如權利要求2的遠程控制系統(tǒng)，其中所述第一和第二開關的至 少一個包括繼電器(170, 172 )。
4. 如權利要求l、 2或3的遠程控制系統(tǒng)，其中所述遠程控制系 統(tǒng)包括無線遠程控制結構。
5. —種涉及安全性的系統(tǒng)(100),包括 裝置(190),其包含用于調節(jié)該裝置的電機(180); 權利要求1和2中的遠程控制系統(tǒng)(160),其用于使得操作單元將該裝置調節(jié)到理想狀態(tài)，其中只有當出現所述有效第一開關控制信號(153)和所述有效第二開 關控制信號(155)時，電機才能啟動。
6. 如權利要求5的涉及安全性的系統(tǒng)(100),其中該遠程控制 系統(tǒng)包括無線遠程控制結構。
7. —種涉及安全性的系統(tǒng)(100)，包括 裝置U90),其包含用于調節(jié)該裝置的電機(180);以及 權利要求3中的遠程控制系統(tǒng)，其用于使得操作單元將該裝置調節(jié)到理想狀態(tài)，其中只有當所述有效第一開關控制信號(153)啟動所述第一開關以及 所述有效第二開關控制信號(155)啟動所述第二開關時，電機才啟動。
8. 如權利要求7的涉及安全性的系統(tǒng)(100),其中所述第一和 第二開關中的至少一個包括繼電器(170, 口2)。
9. 如權利要求8的涉及安全性的系統(tǒng)(100),其中該裝置(l90) 包括可調節(jié)的病人操作臺。
10. 如權利要求7、 8或9的涉及安全性的系統(tǒng)(100),其中所述遠程控制系統(tǒng)包括無線遠程控制結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及操作故障安全的遠程控制系統(tǒng)(160)。該遠程控制系統(tǒng)包括安全濾波器，以便于提供故障挽救操作。本發(fā)明還涉及可調節(jié)的病人操作臺(100)，其包括故障安全的無線遠程控制結構，用于控制啟動器來調節(jié)操作臺。
文檔編號G08C25/00GK101194297SQ200680020452
公開日2008年6月4日 申請日期2006年6月1日 優(yōu)先權日2005年6月7日
發(fā)明者G·霍恩費爾特, M·特德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司