專利名稱：安全地接通和斷開包括微控制器的用電器的設備和方法
安全地接通和斷開包括微控制器的用電器的設備和方法本發(fā)明涉及一種用于安全地接通和斷開電氣負栽(尤其是自動化裝置) 的安全開關設備，該設備具有用于第一信號發(fā)出元件的第一端口、用于第 二信號發(fā)出元件的第二端口、耦合到第一開關啟動器的第一開關裝置、耦 合到第二開關啟動器的第二開關裝置，還具有時間監(jiān)視器，該時間監(jiān)視器 用來在第 一信號發(fā)出元件的啟動和第二信號發(fā)出元件的啟動之間的時間小 于預定的最大持續(xù)時間時，通過啟動第 一和第二開關啟動器使第 一和第二 開關裝置接通，其中，第一開關元件與第一開關啟動器串聯(lián)連接，第二開 關元件與第二開關啟動器串聯(lián)連接。本發(fā)明還涉及一種用于安全地接通和斷開電氣負載(尤其是自動化裝置)的方法，該方法具有下面的步驟-^:供第一信號發(fā)出元件， -^供第二信號發(fā)出元件，-提，合到第一開關啟動器的第一開關裝置， -^#^合到第二開關啟動器的第二開關裝置， -提供與第一開關啟動器串聯(lián)連接的第一開關元件， -提供與第二開關啟動器串聯(lián)連接的第二開關元件，以及-如果第一信號發(fā)出元件的啟動和第二信號發(fā)出元件的啟動之間的時間 小于預定的最大持續(xù)時間，則通過啟動第一和第二開關啟動器4吏第一和第 二開關裝置接通。這種安全開關i殳備以及這種方法見于DE 42 15 327 C2。屬于本發(fā)明意義內(nèi)的安全開關設備是至少符合歐洲標準EN 954-1的 第3類目(第4類目最好)或類似安全標準的任何開關設備。這特別包括 開關裝置、安全控制器，以及傳感器和啟動器模塊，它們用于在工業(yè)生產(chǎn) 環(huán)境的部門中控制和執(zhí)行對安全要求嚴格的功能。在這種情況下，特別地，已知這樣的開關裝置該開關裝置對起動按 鈕、緊急關閉開關、防護門或任何其它期望的信號發(fā)出裝置的工作位置進
行監(jiān)視，并據(jù)此切斷機器或機器部件的電源。這種安全開關設備的故障可以對機器操作人員產(chǎn)生危及生命的后果， 為此， 一般只有得到有資格的規(guī)章制定機構(例如，在德國是事故預防及保險協(xié)會 (the Accident Prevention and Insurance Association , "Berufsgenossenschaft"))的許可，才能使用該種安全開關設備。例如以雙手開關裝置的形式提供這種安全開關設備的應用。這種開關 裝置的功能通常是，只有當操作人員按下兩個a時才允許啟動機器或機 器部件。在這種情況下，設置^*^，例如通過以合適的方式將^^L 此隔開，使得需要操作人員的左手和右手來進行啟動。這打算防止操作人 員在一只手仍然處于機器的危險區(qū)中時就啟動機器。為了減少裝置M操作或操縱的可能性，通常為雙手開關裝置配備有 時間監(jiān)視器。該時間監(jiān)視器為啟動機器設置其它條件，即，設置了在啟動 第一和第二按鈕(更一般地說，第一和第二信號發(fā)出元件)之間應該經(jīng)過 的唯一的某個最大持續(xù)時間。如果超出了該最大持續(xù)時間，則即使兩個按 鈕都按下也不能啟動機器。這打算防止操作人員用一只手按下第一掩紐并 違M^鎖;t/鉗住該掩組，然后用同一只手去啟動第二掩組。在這個意義上，DE 42 15 327 C2提出了一種用于安全開關設備的電 路。其中公開的雙手開關系統(tǒng)的原理基于這樣的事實在每種情形下，在 兩個通道中對一個電容進行充電。如果按下第一掩組，則第一繼電器被連 接。同時，通過將第二電容與電源電壓的一極斷開并將其經(jīng)由可調(diào)電位計 連接到電源電壓的另一極，使第二電容的充電操作結束。以這種方式，第 二電容的放電過程開始。如果此時按下第二掩組，則第二電容中剩下的能 量被傳導到第二繼電器。如果只過去了較短時間，則該電容中的電荷就足 以激勵/閉合該繼電器。另一方面，如果過去的時間太長，即，電容已經(jīng)放 了太多電，則能量就不足以使第二繼電器閉合。在這種情況下，不能接通 負載。然而，所述電路的一個缺點是在某些情況下，有可能使負栽以一種 不希望的方式短時間接通。例如，當電容經(jīng)由繼電器放電時就是這種情況， 盡管用于對繼電器供電的電路(至少臨時地)不能使該繼電器保持在能起 作用的位置上。在這種情況下，負載在短時間內(nèi)被接通和斷開，無論從安 全的角度看，還是從設備的角度看，這是不希望見到的。此外，不利的是，作為通過電容間接地啟動繼電器的結果，總是需要
使電容、繼電器和電位計彼此匹配。在電壓和/或溫度改變的情況下，需要 經(jīng)常重復該匹配過程。在市場上也可以見到電子安全開關裝置，諸如例如由本申請人推出的產(chǎn)品PNOZe2.1p和PNOZe2,2p。因為這些裝置完全是電子的，所以可以 非常準確地限定控制環(huán)，并且不需要進行匹配或校準。然而，在純電子解 決方案的情況下，因為能量流和開關信息的處理分開進行，所以組件部分 和軟件的復雜程度增加。在這個背景下，本發(fā)明的一個目的是公開一種高成本效率的安全開 關設備和方法，用于安全地接通和斷開電氣負栽，其中，避免了不正確的 短時間接通的風險，可以更直接地進行時間監(jiān)視，并且使得即使在改變環(huán) 境條件的情況下，時間監(jiān)視也經(jīng)受較少起伏。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，利用具有開始時所提到的類型的安全開關設 備實現(xiàn)了該目的，其中，時間監(jiān)視器具有至少第一微控制器，該微控制器 用^M^r測第一和第二信號發(fā)出元件的啟動，并在未達到最大持續(xù)時間的情 況下接通第一和第二開關元件。另外，本發(fā)明的目的通過具有在開始時所提到的類型的方法來實現(xiàn)， 其中，還J^L行下述步驟—使用第一微控制器來檢測第一信號發(fā)出元件的啟動和第二信號發(fā)出元 件的啟動之間的時間差，以及-利用從第一微控制器發(fā)送到第一和第二開關元件的控制信號來啟動第 一和第二開關啟動器。本發(fā)明的具體特征在于，電氣和電子組件在這里以有利的方式結^ 來。首先，以結合的方式進行能量的流動和輸入信息(例如"安全電路閉 合")的處理。這意味著，能量的流動原則上也總是需要閉合的安全電路。 所以，不需要對由信號發(fā)出元件控制的安全電路進行專門監(jiān)視。其次，開關啟動器(例如，繼電器)的啟動經(jīng)由信號發(fā)出元件所在的 同一電流路徑來實現(xiàn)。其結果是，防止開關啟動器能以不希望的方式短時 間地被接通。借助至少 一個微控制器，在安全開關設備的電子部分中執(zhí)行與安全相 關的同時性監(jiān)視，即，確保^ft號發(fā)出元件的啟動之間的時間不超過某個 最大持續(xù)時間的時間監(jiān)視。因此，可以非常準確地設置時間監(jiān)視器，且該 時間監(jiān)視器對電壓和溫度(或其它容易進行補償?shù)囊蛩?的依賴可以忽略。
因此，開關啟動器的接通首先依賴于安全電路是否已經(jīng)由信號發(fā)出元件閉 合，但其次也依賴于由微控制器獲得了經(jīng)由開關元件的開啟/釋放。所以， 根據(jù)本發(fā)明的設備和方法非?？煽?。微控制器的使用還使得可以以簡單的方式檢查要接通的電氣負載所要 滿足的其它條件。因此，微控制器可以詢問例如欲與第一和第二開關啟動 器的啟動相關的其它信號的存在。因此，可以完全實現(xiàn)上述目的。在本發(fā)明的細化中，用于啟動第一開關啟動器的第一電流路徑這樣經(jīng) 過第一端口 ，使得用于啟動第一開關啟動器的第一端口需要被切換為低阻。這導致為了啟動開關啟動器并因此接通例如繼電器需要滿足的其它條 件。換言之，這意味著，為了能夠啟動第一開關啟動器，電流必須既流經(jīng) 第一端口，又流經(jīng)開關啟動器。在這種情況下，術語"處于低阻"應該理解為是指第一信號發(fā)出裝 置的第一端口方向上的電路的輸入電阻能夠使電流足夠高以啟動開關啟動 器。如果電阻太高，所獲得的電流不足以激活開關啟動器。應該注意，在考慮輸入電阻時，需要考慮沿著經(jīng)過第一端口并通過第 一開關啟動器的電流5M圣的電阻。作為選擇，或另外，本發(fā)明也可以^:置用于啟動第二開關啟動器的第 二端口需要被切換為低阻。在本發(fā)明的另一個細化中，第一信號發(fā)出元件具有至少一個第一常閉 觸點和一個第一常開觸點，其中，在休息狀態(tài)中，第一常開觸點斷開，且 第一常閉觸點閉合，在啟動狀態(tài)中，第一電流路徑的路線經(jīng)過第一常開觸 點。術語"啟動狀態(tài)"應該理解為是指，當各開關啟動器從休息狀態(tài)變?yōu)?工作狀態(tài)后的狀態(tài)。這種實施例允許進行其它與安全相關的檢查。例如，可以檢查在休息 狀態(tài)中常閉觸點是否閉合。這可以通過電壓測量來實現(xiàn)，因為，對于預定 的設計，需要將第一常閉觸點連接到某個電壓。另夕卜， 一旦常閉觸點斷開， 就可以識別出第一信號發(fā)出元件啟動開始，并可以基于期望的實現(xiàn)開始檢 測時間。然而，只有在第一常開觸點閉合時才可能有電流流過開關啟動器。如 果出了故障，第一常開觸點沒有閉合，則不能啟動第一開關啟動器。由于
第一常閉觸點和第一常開觸點依賴于不同的電勢，所以安全開關設備可以識別至少三個不同的狀態(tài)如果測量出第一電勢，例如0V，則可以推斷出常閉觸點是閉合的。 如果既沒有正電流也沒有負電流從安全開關設備流入第一端口，那么，這 表明要不第一信號發(fā)出元件沒有連接上，要不存在一個中間狀態(tài)，其中第 一常閉觸點斷開，但第一常開觸點還沒有閉合。另一方面，如果檢測出第 二電勢，例如24V，則可以推斷出第一常閉觸點已經(jīng)斷開，第一常開觸點 已經(jīng)閉合。作為選擇，或另外，可以以同樣的方式為第二信號發(fā)出元件配備至少 一個第二常閉觸點和一個第二常開觸點。在本發(fā)明的另一個細化中，第一開關指示器與第一開關裝置相關，第 二開關指示器與第二開關裝置相關，其中，所述第一開關指示器和所述第 二開關指示器各自的狀態(tài)由第一微控制器進行監(jiān)視，以便確定開關裝置的 預期狀態(tài)和該開關裝置的實際狀態(tài)之間的差異。這就進一步提高了安全性。在這種情況下，特別地設置開關指示器， 使得利用各自的開關裝置來確實地驅(qū)動這些開關指示器。這意味著，可以 利用開關指示器*測各開關裝置的狀態(tài)。就安全而言，這是意義重大的， 可以識別出開關裝置的非預期的狀態(tài)。如果，例如，對第一開關啟動器解除啟動，則應該導致第一開關裝置 斷開。然而，如果由第一開關指示器檢測出第一開關裝置仍然是閉合的， 則可以識別出故障，并可以進行切斷。原則上，也可以只為第一或只為第 二開關裝置開關指示器。在本發(fā)明的另一個細化中，第一微控制器具有監(jiān)視輸入，用于就負載 的狀態(tài)發(fā)出信號，并用于識別負載中的故障事件。該措施可以進一步增強安全性。因為負載的狀態(tài)信息存在，并且可以 識別出負載中的故障事件，所以盡管所述安全開關i殳備本身的運行沒有任 何故障，但是可以抑制第一和第二開關裝置的接通。本發(fā)明的另一個細化中包含冗余的第二微控制器，用來以這樣的方式 與第一微控制器相互作用，使得只有當?shù)诙⒖刂破饕泊_定為未達到最大 持續(xù)時間時才能進行第一和第二開關啟動器的啟動。該措施也進一步提高本發(fā)明所述設備或本發(fā)明所述方法的安全性。因 此，例如可以允許第一微控制器中產(chǎn)生缺陷，其中該缺陷導致第一和第二
開關啟動器本身即使在超過最大持續(xù)時間時也會被啟動。這種缺陷可以利 用第二^t控制器進行識別和消除。在這種情況下，第一和第二微控制器的配置優(yōu)選使它們彼此互相監(jiān)視, 并且在評估結果出現(xiàn)差異時抑制第一和第二開關啟動器的啟動。如果這兩 個微控制器又被相同的信號驅(qū)動，則也可以將所接收信號的識別上的差異 識別為故障，并進行相應的處理。在本發(fā)明的另一個細化中，第三開關元件與第一開關啟動器串聯(lián)連接, 第四開關元件與第二開關啟動器串聯(lián)連接，這些開關元件由第二微控制器 進行驅(qū)動。這是提高故障保護(failsafeness)的另一個方面。例如，如果此時在 第一開關啟動器中應該流過電流，則第一和第三開關元件需要^L接通。只 要這些元件中的一個是斷開的，則開關啟動器不能被啟動，并且第一開關 裝置被防止接通。在本發(fā)明的另一個細化中，第二信號發(fā)出元件具有至少一個第二常閉 觸點和第二常開觸點，其中，在休息狀態(tài)中，第二常閉觸點閉合，第二常 開觸點斷開，在啟動狀態(tài)中，第二電流路徑的路線經(jīng)過第二常開觸點，第 一常開觸點允許與第一電勢形成第一連接，第二常開觸點允許與第二電勢 形成第二連接。通過在出現(xiàn)交叉(crossover)的情況下抑制開關啟動器的啟動，該細 化從而增加另 一個與安全相關的方面。本發(fā)明的另一個細化包括模式選擇裝置，用于根據(jù)信號發(fā)出元件的類 型來設置安全開關設備的工作模式。在一些應用中，信號發(fā)出裝置具有簡單的常開觸點形式就足夠了。然 而，出于安全的原因，如果信號發(fā)出裝置的形式為常閉和常開觸點的結合， 那么是有利的。因為不同的信號發(fā)出裝置可以經(jīng)歷不同的狀態(tài)序列，所以 相應的電路需要與所使用的信號發(fā)出裝置匹配。該細化提供有利的選項， 即集成模式選擇裝置，優(yōu)選在第一和/或第二微控制器中集成模式選擇裝 置，以便可以以簡單的方式將各電路與各種信號發(fā)出裝置匹配。如果使用第一種類型(只是常開觸點)的信號發(fā)出裝置，則模式選擇 裝置的作用是微控制器只監(jiān)視所述常開觸點的閉合和斷開。另一方面， 如果使用笫二種類型(常閉和常開觸點的結合)的信號發(fā)出裝置，則禍t控 制器可以對信號發(fā)出元件的常閉觸點和常開觸點都進行這種監(jiān)視。結果，
就可以確定工作序列中的故障，并執(zhí)行真實性檢查(plausibility check)。在本發(fā)明的一個細化中，第一微控制器用來檢測信號發(fā)出元件的類型。以這種方式， 一方面，可以以簡單的方式執(zhí)行模式選擇裝置的配置。 然而，其次，也可以對所執(zhí)行的調(diào)整進行真實性檢查。因此，例如，在第 一次使用電氣負載之前可以要求執(zhí)行配置過程，而該配置過程要求信號發(fā) 出元件的啟動。如果微控制器確定為例如"高阻"、"電勢，，和"高阻"狀態(tài)，則可以 推斷出，在皿視的端口處連接著第一種類型的信號發(fā)出裝置。另一方面， 如果出現(xiàn)的序列為例如"第一電勢"、"高阻"和"第二電勢"，則表明按下 了第二種類型的信號發(fā)出裝置。此時可以利用該信息來設置工作模式，或如果以其它方式預定了工作模式的話，可以檢查工作模式。應該理解，上述特征以及下面將要說明的其它特征不僅可以以各個給 定的組合來使用，而且可以以其它組合使用或可以獨立使用，而不離開本 發(fā)明的范圍。本發(fā)明的示例性實施例在附圖中得到更詳細的顯示，并在下文中得到 更詳細的說明。在附圖中

圖1示出具有安全開關設備的設備的設計例子；圖2示出具有兩個信號發(fā)出裝置的安全開關設備的基本設計；圖3將圖2簡化示出為方框電路圖；圖4示出不同類型信號發(fā)出裝置的可供選擇的使用。在圖1中，用附圖標記12整體表示出一種具有新型安全開關設備10 的構造。本例中的構造12包含電源14、機器16和安全開關設備10，第一 信號發(fā)出裝置18和第二信號發(fā)出裝置20被連接到安全開關設備10。機器16是負載22，只有當?shù)谝恍盘柊l(fā)出元件18的啟動和第二信號發(fā) 出元件20的啟動之間的時間間隔T小于預定的最大持續(xù)時間Tmax時，才 能接通該負載以進行工作操作。為了接通機器16，安全開關設備10驅(qū)動兩個接觸器(contactor) 24、 26，這兩個接觸器的工作觸點(working contact) 28、 30^Li殳置連接在電 源14和機器16之間。只有當兩個接觸器24、 26閉合了其工作觸點28、 30時，機器16才能執(zhí)行工作操作。
如果在信號發(fā)出元件18、 20啟動之前或期間識別出故障，則接觸器 24、 26中的至少一個接觸器不M。結果，機器16中保持沒有電流。如 果在工作觸點28、 30連接上后發(fā)現(xiàn)故障，則通過接觸器24、 26中的至少 一個斷開掩^，可以將電源與機器16斷開。下面說明安全開關設備IO的優(yōu)選示例性實施例。在這種情況下，相同 的附圖標記表示與前面相同的元件。圖2示出安全開關設備10的簡化電路圖。在第一端口32處，連接有 具有第一常開觸點Sla和第一常閉觸點Slb的第一信號發(fā)出元件18。第一 常開觸點Sla的一端在第一端口 32處與常閉觸點Slb相連接。第一常開 觸點Sla的另一端與第一端子Kl的第一電勢Ui連接。另一方面，常閉觸 點Slb與第二端子K2的第二電勢U2連接。在第二端口34處，連接有第 二信號發(fā)出元件20。第二元件20具有第二常開觸點S2b和第二常閉觸點 S2a,這兩個觸點各自的一端在第二端口 34處彼此相連接。第二常開觸點 S2b的剩下的一端與第二端子K2的第二電勢U2連接，第二常閉觸點S2a 的剩下的一端與第一端子Kl的第一電勢Ui連接。安全開關設備10具有第一開關啟動器36和第二開關啟動器38。在本 示例性實施例中，開關啟動器36、 38皆為繼電器線圉的形式。第一開關啟 動器36與第一開關裝置40相互作用，第二開關啟動器38與第二開關裝置 42相互作用。如果第一開關啟動器36流itA夠大的電流，則開關裝置40 閉合。如果第二開關啟動器38流it^夠大的電流，則開關裝置42閉合。 只有當兩個開關裝置40、 42閉合時，電流才可以在輸出端44、 46之間流 動。第一開關元件48和第三開關元件50與第一開關啟動器36串聯(lián)連接。 由于電流流過第一開關啟動器36，所以絕對需要第一開關元件48和第三 開關元件50都接通。這一點類似地也適用于與第二開關啟動器38串聯(lián)連 接的第二開關元件52和第四開關元件54。在本例中，開關元件48、 50、 52、 54為晶體管的形式。在這種情況下， 第 一開關元件48和第二開關元件52由第 一微控制器56在各自的基極進行 驅(qū)動。第三開關元件50和第四開關元件54由第二微控制器58在各自的基 極進行驅(qū)動。微控制器56、 58及其接線被設計成冗余的，以便能夠識別故 障。微控制器56、 58為時間監(jiān)視器60的一部分，時間監(jiān)視器60用來只在
第一信號發(fā)出元件18的啟動和第二信號發(fā)出元件20的啟動之間的時間未 達到預定的最大持續(xù)時間時，才通過激勵第一和第二開關啟動器36、 38， 來使第一和第二開關裝置40、 42接通。如果第一和第三開關元件48、 50^L接通，則可以經(jīng)由第一開關啟動器 36產(chǎn)生第一電流路徑62。為了可以產(chǎn)生這種第一電流路徑62，需要將第 一端口 32切換為低阻。這意思是，在第一端口 32的方向上從第一開關啟 動器36來看，第一端口 32不應該是開路的(高電阻)，因為，如果是開路 的話則沒有電流或沒有足夠的電流可以通過開關啟動器36提供。相反，需 要在第一端口 32處連接低阻元件，在這種情況下為第一常開觸點Sla。所 以，簡單地接通第一和第三開關元件48、 50不足以建立第一電流路徑62。特別是在考慮另一種情景時，可以看出這種方案的具體特征，在該情 景中，第二開關啟動器36不是連接在第一端口 32上，而是直接連接在端 子K1的電勢上。在這種情況下，無論何時第一和第三開關元件48、 50接 通，都會建立起第一電流路徑62。所以，第一電流路徑62可以獨立于第 一端口 32的狀態(tài)。因此，同樣的情形也發(fā)生在第二電流路徑64上， 一旦第二和第四開關 元件52、 54接通，第二電流路徑64就可以流過第二開關啟動器38。在這 種情況下，需要將第二端口 34切換為低阻，這在本例中通過第二常開觸點 S2b來實現(xiàn)'安全開關i殳備10也具有與第 一開關裝置40相關的第 一開關指示器66 和與第二開關裝置42相關的第二開關指示器68。下面將參考第一開關指示器66來^L明開關指示器66、 68的功能。對于正常操作，假設當?shù)谝浑娏髀窂?2存在時，第一開關裝置40閉 合，當?shù)谝浑娏髀窂?2中斷時，第一開關裝置40斷開。然而，在出現(xiàn)故障時，可能發(fā)生這樣的情形第一開關裝置40不管笫 一電流路徑62的存在而保持斷開，或者第一開關裝置40不管第一電流路 徑62的中斷而保持閉合。識別這種故障事件的可能方案是直接與第一開關裝置40耦合的第一 開關指示器66，因此，第一開關裝置40的狀態(tài)可以通過開關指示器66的 狀態(tài)來確定。在所示示例性實施例中，這樣來選擇配置，使得只有當?shù)谝婚_關裝置 40實際斷開時第一開關指示器66才閉合。如果微控制器56、 58中的至少　一個檢測出開關裝置40的期望開關狀態(tài)不同于通過第一開關指示器66所 確定的開關狀態(tài)，則這將被識別為故障事件，并進行相應的處理。也可以將上面的記載用于第二開關指示器68。除了上述確定安全開關i更備10內(nèi)的故障的可能方法外，所示安全開關 設備10還有其它的故障識別機構。出于該目的，第一和第二微控制器56、 58每個都具有監(jiān)視輸入70。監(jiān)視輸入70與控制連接72相連接，電氣負載 22的信號輸出可以連接到該控制連接72。由專用信號或?qū)Ｓ眯盘栯娖酵ㄟ^ 微控制器56、 58來指示負載22的無故障操作。在所示示例性實施例中，^L控制器56、 58預期電氣負載22將在控制 連接72提供電氣連接，且該電氣連接將在監(jiān)視輸入70產(chǎn)生電壓電平，該 電壓電平在端子K1返回到第一電勢仏。如果沒有所期望的電平，則可以 假設出現(xiàn)了故障，并保持斷開或斷開開關裝置40、 42。所示安全開關設備10的另一個具體特征為模式選擇裝置74，在本例 中，模式選擇裝置74集成在微控制器56、 58中。通過模式選擇裝置74， 可以設置安全開關設備10的工作模式。在本例中，可以根據(jù)信號發(fā)出元件 18、 20的類型來具體設置工作模式。在說明模式選擇裝置74的操作之前，首先將說明安全開關設備10的 一般功能。在休息狀態(tài)中，安全開關設備10如圖2所示。常開觸點Sla、 S2b和 開關裝置40、 42斷開。常閉觸點Slb、 S2a和開關指示器66、 68閉合。 開關元件48、 50、 52、 54斷開。端子Kl和K2之間有工作電壓UB。這里 以例子的方式假設端子Kl處于第一電勢U"為+24V，端子K2處于第二 電勢112,為OV。還假設負載22沒有發(fā)出信號指示故障，因此在控制連接 72處提供有導電連接。為了接通負載22，此時假設操作人員首先啟動信號發(fā)出元件18。這樣 就首先使第一常閉觸點Slb斷開，并l^使第一常開觸點Sla閉合。從^L控制器56、 58的角度看，因為第一常開觸點Sla和第二常閉觸點 Slb同時斷開，所以這意味著，在休息狀態(tài)中施加了 0 V電壓的第一端口 32初始時為高阻。 一旦第一常開觸點Sla閉合，則第一端口 32處就有24 V 的電壓。同時，因為第一常開觸點Sla只呈現(xiàn)低阻，所以第一端口 32此時對 于電流5M圣62達到低阻。因為第一常閉觸點Slb不在第一電流路徑62中，
所以只要第一常閉觸點Slb閉合，第一端口 32就不會出現(xiàn)這種狀態(tài)。微控制器56、 58將該序列或該序列的一部分識別為信號發(fā)出元件18 的完全啟動以及時間測量的開始。盡管此時在第一開關啟動器36處已有 24 V的電壓，但因為第一和第三開關元件48、 50仍然是斷開的，所以第 一電流路徑62保持中斷。第二信號發(fā)出元件的啟動首先使第二常閉觸點S2a斷開，隨后使第二 常開觸點S2b閉合。因此，在第二端口34處，序列為24V、高阻、0V。同時，因為第二常開觸點S2b只呈現(xiàn)低阻，所以第二端口34此時就 電流漆艮64來說達到低阻。因為第二常閉觸點S2a不在第二電it5M圣64 中，所以只要第二常閉觸點S2a閉合，第二端口 34就不會出現(xiàn)這種狀態(tài)。微控制器56、 58將該序列認作為第二信號發(fā)出元件20的完全啟動， 并結束時間的測量。如果時間測量開始和結束之間經(jīng)過的時間低于預定的 最大持續(xù)時間，則微控制器56、 58將開關元件48、 50、 52、 54接通。開關元件48、 50、 52、 54^L接通導致第一開關啟動器36將第一電流 路徑62閉合、第二開關啟動器38將第二電流路徑64閉合。開關啟動器 36、 38的啟動依次使開關裝置40、 42閉合并使開關指示器66、 68斷開。 因此，負載22被接通并可以進行其工作操作。一旦信號發(fā)出元件18、 20之一的操作人員不再啟動該信號發(fā)出元件， 依次直接中斷第一和/或第二電流膝陘62、 64的第一常開觸點Sla和/或第 二常開觸點S2b就斷開。這依次4吏得開關裝置40、 42斷開并且使負載22 斷開連接。注意，該斷開連接的發(fā)生不依賴于微控制器56、 58的響應，且不依賴 于開關元件48、 50、 52、 54的狀態(tài)。然而，因為微控制器56、 58記錄至 少一個信號發(fā)出裝置18、 20沒有啟動，所以開關元件48、 50、 52、 54再 次斷開。此外，此時可以查詢開關指示器66、 68，如果開關裝置40、 42 應該仍然是閉合的，則發(fā)信號指示故障。下面通過總結，再次給出所示安全開關設備10的兩個具體特性的細節(jié)。首先，安全開關設備10示出電氣和電子部件的特別有利的組合。各電 流路徑62、 64經(jīng)由開關啟動器36、 38和相應的開關元件48、 50、 52、 54 來實現(xiàn)。另一方面，時間監(jiān)視器60具有電子構造，因此提供高準確度。相 對便宜且同時又可靠的電氣構造與電子時間監(jiān)視器60的組合可以使安全
開關設備10具有非常好的性價比。其次，安全開關設備10提供特別高的安全度，這是由于，為了使開關 裝置40、 42閉合，總要求經(jīng)由第一常開觸點Sla或第二常開觸點S2b形 成閉合的電流5M圣62、 64。這意味著，即使將啟用信號施加在開關元件48、 50、 52、 54上，如果常開觸點Sla、 S2b不閉合，則也不能將負栽22接通。為了說明模式選擇裝置74，現(xiàn)在參考圖3。相同的附圖標記表示與之 前相同的元件。在這種情況下，安全開關設備10只用方框來表示。如上面說明的，如果第一信號發(fā)出元件18從未啟動狀態(tài)變?yōu)閱訝?態(tài)，則可以在第一端口 32處識別出下面的狀態(tài)序列0V、高阻、24 V。 對于第二元件20來說，該序列如下24 V、高阻、0V。當信號發(fā)出元件 18、 20從啟動狀態(tài)變?yōu)槲磫訝顟B(tài)時，在每種情況下的這些序列就反過來。如果現(xiàn)在考慮圖4，其中，每個信號發(fā)出元件18、 20只配備一個常開 觸點Sla、 S2b，則當啟動信號發(fā)出元件18時，第一端口32從高阻狀態(tài)變 為24V。相應地，第二端口 34從高阻變?yōu)?V。如果不再啟動信號發(fā)出元 件18、 20，則兩個端口32、 34變回高阻狀態(tài)。通過模式選擇裝置74，可以提前設定將哪種類型的信號發(fā)出元件18、 20連接到安全開關設備10。因此，微控制器56、 58對發(fā)出元件18、 20 的啟動或釋放預期確定的序列。如果實際確定的序列不同于預期的序列， 則就將其按故障輸出，并防止將負載22接通。如果，例如，這樣配置了模 式選擇裝置74，使得常閉觸點和常開觸點的組合被預期為信號發(fā)出元件 18、 20，但實際上連接的是如圖4所示的信號發(fā)出元件，則在休息狀態(tài)中， 端口32、 34處顯示的是非預期的高阻狀態(tài)。然后，安全開關設備10可以 對此進行響應。然而，也可以使用模式選擇裝置74來檢測所連接的信號發(fā)出元件18、 20的類型。出于該目的，例如，提供第一配置步驟，其中，^Mt人員啟動 信號發(fā)出元件18、 20,然后將它們釋放。利用這種情況下所產(chǎn)生的特殊序 列，可以確定信號發(fā)出元件18、 20是哪種類型的信號發(fā)出元件。然后，可 以將配置步驟中所確定的類型鎖定，使得隨后的序列變化不被當作新的配 置，而被當作故障事件。因此，模式選擇裝置74同時提供用于故障識別的 另一種機制。
權利要求
1. 一種安全開關設備(10)，用于安全地接通或斷開電氣負載(22)，特別是自動化裝置(16)，所述安全開關設備包括用于第一信號發(fā)出元件(18)的第一端口(32)、用于第二信號發(fā)出元件(20)的第二端口(34)、耦合到第一開關啟動器(36)的第一開關裝置(40)、耦合到第二開關啟動器(38)的第二開關裝置(42)，并包括時間監(jiān)視器(60)，所述時間監(jiān)視器用于在所述第一信號發(fā)出元件(18)的啟動和所述第二信號發(fā)出元件(20)的啟動之間的時間小于預定的最大持續(xù)時間(Tmax)的情況下，通過啟動所述第一和第二開關啟動器(36、38)使所述第一和第二開關裝置(40、42)接通，其中，第一開關元件(48)與所述第一開關啟動器(36)串聯(lián)連接，且第二開關元件(52)與所述第二開關啟動器(38)串聯(lián)連接，其特征在于，所述時間監(jiān)視器(60)具有至少第一微控制器(56)，所述微控制器用來檢測所述第一和第二信號發(fā)出元件(18、20)的啟動，并在未達到所述最大持續(xù)時間(Tmax)時啟動所述第一和第二開關元件(48、52)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的安全開關設備(10 )，其特征在于，用于啟 動所述第一開關啟動器(36 )的第一電流5M圣(62 )經(jīng)過所述第一端口( 32 )， 使得用于啟動所述第一開關啟動器(46)的所述第一端口 (32)需要被切 換為低阻。
3. 根據(jù)權利要求2所述的安全開關設備(10 )，其特征在于，所述第 一信號發(fā)出元件(18)具有至少一個第一常開觸點(Sla)和第一常閉觸 點(Slb)，其中，在休息狀態(tài)中，所述第一常開觸點(Sla)斷開，所述 第一常閉觸點(Slb)閉合，且在啟動狀態(tài)中，所述第一電流路徑(62) 的路線經(jīng)過所述第一常開觸點(Sla)。
4. 根據(jù)權利要求1到3之一所述的安全開關設備(10 )，其特征在于， 第一開關指示器(66)與所述第一開關裝置(40)相關，且第二開關指示 器(68)與所述第二開關裝置(42)相關，其中，所述第一開關指示器(66) 和所述第二開關指示器(68)各自的狀態(tài)由所述第一微控制器(56)進行 監(jiān)視，以^更確定開關裝置(40、 42)的預期狀態(tài)和該開關裝置(40、 42) 的實際狀態(tài)之間的差異。
5. 根據(jù)權利要求1到4之一所述的安全開關設備(10 )，其特征在于， 所述第一微控制器(56)具有監(jiān)視輸入(70)，用于發(fā)出信號指示所述負栽(22)的狀態(tài)，并用于識別所述負載(22)中的故障事件。
6. 根據(jù)權利要求1到5之一所述的安全開關設備(10 )，其特征在于， 包括冗余的第二^t控制器(58)，用來與所述第一微控制器(56)相互作 用，使得只有當所述第二微控制器(58)也確定未達到所述最大持續(xù)時間(Tmax)時，才進行所述第一和第二開關啟動器(36、 38)的啟動。
7. 根據(jù)權利要求6所述的安全開關設備(10),其特征在于，第三開 關元件(50)與所述第一開關啟動器(36)串聯(lián)連接，第四開關元件(54) 與所述第二開關啟動器(38)串聯(lián)連接，這些開關元件由所述第二^t控制 器(58)來驅(qū)動。
8. 根據(jù)權利要求3到7之一所述的安全開關設備(10 ),其特征在于， 所述第二信號發(fā)出元件(20)具有至少一個第二常閉觸點(S2a)和第二 常開觸點(S2b)，其中，在休息狀態(tài)中，所述第二常閉觸點(S2a)閉合， 所述第二常開觸點(S2b)斷開，在啟動狀態(tài)中，所述第二電流路徑(64) 的路線經(jīng)過所述第二常開觸點(S2b)，所述第一常開觸點(Sla)允許與 第一電勢(UJ形成第一連接，所述第二常開觸點(S2b)允許與第二電 勢(U2)形成第二連接。
9. 根據(jù)權利要求1到8之一所述的安全開關設備(10 )，其特征在于， 包括模式選擇裝置(74)，用于根據(jù)信號發(fā)出元件(18、 20)的類型來i殳 置所述安全開關設備(10 )的工作模式。
10. 根據(jù)權利要求1到9之一所述的安全開關設備(10 )，其特征在 于，所述第一微控制器(56)用來檢測信號發(fā)出元件(18、 20)的類型。
11. 一種用于安全地接通或斷開電氣負載(22)的方法，所述電氣負 栽特別是自動化裝置(16)，所述方法具有下面的步驟提供第一信號發(fā)出元件(18),提供第二信號發(fā)出元件(20)，提#^合到第一開關啟動器(36)的第一開關裝置(40)， 提，合到第二開關啟動器(38)的第二開關裝置(42)， 提供與所述第一開關啟動器(36)串聯(lián)連接的第一開關元件(48)， 提供與所述第二開關啟動器(38)串聯(lián)連接的第二開關元件(52)，以及如果所述第一信號發(fā)出元件(18)的啟動和所述第二信號發(fā)出元件 (20)的啟動之間的時間小于預定的最大持續(xù)時間(Tmax),則通過啟動 所述第一和第二開關啟動器(36、 38)使所述第一和第二開關裝置(40、 42 )接通，其特征在于，使用第一微控制器(56) ilb險測所述第一信號發(fā)出元件(18)的啟動 和所述第二信號發(fā)出元件(20)的啟動之間的時間差(T),以及利用由所述第 一微控制器(56)發(fā)送到所述第 一和第二開關元件(48 、 52)的控制信號來啟動所述第一和第二開關啟動器(36、 38)。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一信號發(fā)出 元件(18)被連接到第一端口 (32),且用于啟動所述開關啟動器(36) 的所述電流路徑(62)經(jīng)過所述端口 (32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于安全地接通或斷開電氣負載(22)特別是自動運行的系統(tǒng)(16)的安全開關設備(10)和方法。設備(10)包括用于第一信號發(fā)出元件(18)的第一端口(32)、用于第二信號發(fā)出元件(20)的第二端口(34)、耦合到第一開關啟動裝置(36)的第一開關裝置(40)、耦合到第二開關啟動裝置(38)的第二開關裝置(42)。只有在各信號發(fā)出元件(18、20)的啟動之間的時間小于預定的最大持續(xù)時間(T_max)的情況下，時間監(jiān)視器(60)才啟動第一和第二開關啟動裝置(36、38)。各開關啟動裝置(36、38)的啟動依次使各開關裝置(40、42)接通，從而負載(22)被接通。為了啟動開關啟動裝置(36、38)，需要將與開關啟動裝置(36、38)串聯(lián)的第一和第二開關元件(48、52)接通。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，時間監(jiān)視涉及提供至少一個第一微控制器(56)，該微控制器用來檢測信號發(fā)出元件(18、20)的啟動，并用來在未達到最大持續(xù)時間(Tmax)的情況下啟動各開關元件(48、52)。
文檔編號F16P3/20GK101400939SQ200780008656
公開日2009年4月1日 申請日期2007年1月25日 優(yōu)先權日2006年2月10日
發(fā)明者烏多·拉泰, 克里斯托弗·青澤爾, 托馬斯·尼切 申請人:皮爾茨公司