專利名稱：安全電路的信號(hào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安全電路的信號(hào)裝置(其它名稱感應(yīng)器、信號(hào)產(chǎn)生器)，所述信號(hào)裝置包含用于接收外部狀態(tài)變量的輸入部分，包含具有輸入端和輸出端的至少一個(gè)切換單元，以及包含設(shè)計(jì)用于根據(jù)所述外部變量控制所述至少一個(gè)切換單元的控制部分，這樣，施加于輸入端的信號(hào)被傳送到輸出端。
本發(fā)明還涉及一種用于安全地關(guān)閉危險(xiǎn)設(shè)備的安全設(shè)備，所述安全設(shè)備包含設(shè)計(jì)用于以故障安全方式關(guān)閉所述危險(xiǎn)設(shè)備的安全控制器，并且包含上述類型的、互相串聯(lián)地連接到安全控制器的第一和至少一個(gè)第二信號(hào)裝置。
背景技術(shù)：
從EP 1363306 A2可以了解這樣的信號(hào)裝置和這樣的安全電路。
現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備的操作循環(huán)逐漸變得完全自動(dòng)化，所述設(shè)備諸如工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和裝配線、傳輸和轉(zhuǎn)換設(shè)備、像過山車等的娛樂設(shè)備。操作控制器接收設(shè)備的調(diào)整點(diǎn)和過程變量，并使用指定的控制程序形成控制信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)來操作設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)器。除了控制預(yù)定的操作循環(huán)以外，安全方面，即避免位于設(shè)備區(qū)域內(nèi)人員發(fā)生危險(xiǎn)，日益受到重視。舉例來說，執(zhí)行完全自動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備一般通過安全圍墻、光幕、基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)等來進(jìn)行保護(hù)。為技術(shù)設(shè)備裝備應(yīng)急斷電按鈕也是一般慣例，當(dāng)操作所述按鈕時(shí)，應(yīng)該觸發(fā)該設(shè)備關(guān)閉(至少其一部分)或以某種其他方式將其置于安全狀態(tài)。典型地，不采用設(shè)備的“標(biāo)準(zhǔn)”操作控制來評(píng)估這樣的與安全有關(guān)的信號(hào)裝置，而是向安全設(shè)備提供“安全控制器”或簡單情況下的“安全切換裝置”，其中所述安全裝置產(chǎn)生和提供只單純與設(shè)備的保護(hù)有關(guān)的狀態(tài)信號(hào)。為了簡單起見，下文不再對(duì)復(fù)雜的安全控制器和較簡單的安全切換裝置作進(jìn)一步的區(qū)分，也就是說，術(shù)語“安全控制器”覆蓋了例如由本申請(qǐng)人出售的商標(biāo)名PNOZ較簡單的安全切換裝置和諸如本申請(qǐng)人的基于PLC的PSS的復(fù)雜的安全控制器。
然而，安全控制器不同于“標(biāo)準(zhǔn)的”操作控制器，原因在于它們是作為測量結(jié)果的固有故障安全設(shè)計(jì)，諸如冗余信號(hào)處理信道、規(guī)則的自檢測等等。盡管標(biāo)準(zhǔn)的操作控制器也可能具有一些某種程度的故障識(shí)別和故障避免測量，典型地，這些對(duì)于在所有情況下確保設(shè)備的安全關(guān)閉來說是不夠的。為了區(qū)別“標(biāo)準(zhǔn)的”控制器和“標(biāo)準(zhǔn)的”信號(hào)裝置，本發(fā)明涉及信號(hào)裝置、安全控制器和由此得到的安全電路構(gòu)造，所述電路構(gòu)造至少遵守歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 954-1級(jí)別3，優(yōu)選地具有最高級(jí)別4或類似的安全要求。
開始引用的EP 1363306 A2公開了“安全開關(guān)”，即信號(hào)裝置，用于監(jiān)控安全圍墻、安全門、機(jī)器覆蓋層部分和類似的安全裝置的位置。這樣的安全開關(guān)具有控制單元，該單元能用于以故障安全方式確定安全門位置的開或關(guān)。到目前為止，這樣的安全開關(guān)通常是機(jī)電設(shè)計(jì)，并且必需的功能測試和諸如交叉連接識(shí)別的故障監(jiān)控操作通過或至少采用高級(jí)安全控制器來執(zhí)行。因此，通常只有與安全控制器結(jié)合使用時(shí)，這樣的安全開關(guān)才能獲得基于EN 954-1或類似標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可。
為了對(duì)安全開關(guān)本身提供更高的安全級(jí)別，EP 1363306 A2提出將安全邏輯結(jié)合到安全開關(guān)中，從光幕、光簾和其他的“智能”信號(hào)裝置，這已經(jīng)是公知的。在描述的示例性實(shí)施例中，提出的安全開關(guān)具有兩個(gè)互相冗余的、由故障安全控制部分啟動(dòng)的電子切換單元。切換單元具有通過它們進(jìn)行環(huán)接的外部使能信號(hào)，所述外部使能信號(hào)最終提供給高級(jí)安全控制器。使能信號(hào)因此能被控制部分抑制，這向安全控制器示意受監(jiān)控的設(shè)備必須設(shè)置為安全狀態(tài)。使能信號(hào)還能通過多個(gè)與互相串聯(lián)連接的安全開關(guān)被進(jìn)行環(huán)接，這樣這些安全開關(guān)的每一個(gè)都能抑制所述使能信號(hào)。
這樣的包含信號(hào)裝置的串聯(lián)電路長期以來采用機(jī)電的信號(hào)裝置來實(shí)現(xiàn)，在這些情況下具有由安全控制器產(chǎn)生的使能信號(hào)，并且通過串聯(lián)連接的信號(hào)裝置的繼電器觸點(diǎn)來回送所述使能信號(hào)。
即使在相當(dāng)多數(shù)量的信號(hào)裝置互相串聯(lián)地連接到安全控制器的情況下，EP 1363306 A2中描述的安全開關(guān)設(shè)計(jì)也允許高級(jí)安全控制器的快速反應(yīng)。另一方面，對(duì)使能信號(hào)的環(huán)接限制了串聯(lián)連接的信號(hào)裝置的最大空間分配。另外，從高級(jí)安全控制器的角度來看，如果信號(hào)裝置之一無論是由于控制單元(打開安全門或諸如此類)的情況變化還是由于內(nèi)部檢測到的故障情況而抑制了使能信號(hào)，則整個(gè)串聯(lián)是“死的”。描述的安全開關(guān)的靈活性和性能不會(huì)超出相應(yīng)的基于繼電器的信號(hào)裝置很長時(shí)間以后可能具有的靈活性和性能。

發(fā)明內(nèi)容
相對(duì)于這一背景，本發(fā)明的目的是提供起先提到的那種類型的信號(hào)裝置，該信號(hào)裝置特別是在串聯(lián)中提供了更加靈活的使用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這些目的是通過起先提到的那種類型的信號(hào)裝置來實(shí)現(xiàn)的，在所述信號(hào)裝置中，切換單元的輸入端內(nèi)部連接到固定的電位，優(yōu)選地是固定的高電位。
該目的也通過相應(yīng)的安全電路來實(shí)現(xiàn)，其中每個(gè)信號(hào)裝置中至少一個(gè)切換單元的輸入端內(nèi)部連接到固定的電位，其中第一信號(hào)裝置中至少一個(gè)切換單元的輸出還提供給第二信號(hào)裝置的控制部分，并且其中第二信號(hào)裝置的控制部分根據(jù)第一信號(hào)裝置啟動(dòng)了第二信號(hào)裝置的至少一個(gè)切換單元。
因此，就電路來看，新的信號(hào)裝置與從EP 1363306 A2所知的安全開關(guān)不同，因?yàn)槭鼓苄盘?hào)不再通過至少一個(gè)切換單元被環(huán)接。而是，使能信號(hào)在每個(gè)信號(hào)裝置中反復(fù)產(chǎn)生。然而，在這種情況下，下游的控制部分、第二信號(hào)裝置考慮位于串聯(lián)電路中其上游的信號(hào)裝置的輸出信號(hào)。因此，重現(xiàn)使能信號(hào)通過多個(gè)信號(hào)裝置進(jìn)行環(huán)接是簡單的問題，這樣從高級(jí)安全控制器的角度來說，進(jìn)行區(qū)分是不可能的。另一方面，如果上游信號(hào)裝置已經(jīng)抑制了使能信號(hào)，則串聯(lián)排列中的各個(gè)信號(hào)裝置并不是“死的”。歸因于本發(fā)明，特別地，下游信號(hào)裝置向隨后的信號(hào)裝置和/或高級(jí)安全控制器發(fā)送數(shù)據(jù)消息是可能的，通過整個(gè)安全電路這提供了更加靈活的反應(yīng)。本文中，隨后將要參考優(yōu)選實(shí)施例示出的數(shù)據(jù)消息可以采用現(xiàn)有的連接來傳輸，也就是說，盡管靈活性增加了配線的復(fù)雜性卻很低。
此外，作為新電路設(shè)計(jì)的結(jié)果，每個(gè)信號(hào)裝置設(shè)置了中繼器功能，因此有可能在互相串聯(lián)排列的信號(hào)裝置之間產(chǎn)生明顯更大的距離。這也提供了更加靈活的安裝計(jì)劃?？紤]到信號(hào)裝置的新功能性，組關(guān)閉也易于實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇?lián)排列的每個(gè)信號(hào)裝置能獨(dú)立于上游的信號(hào)裝置在其輸出端產(chǎn)生信令信號(hào)。
因此，完全地實(shí)現(xiàn)了上述目的。
在一種改進(jìn)中，新的信號(hào)裝置具有用于外部使能信號(hào)的至少一個(gè)輸入端，優(yōu)選地是冗余的安全輸入，所述使能信號(hào)提供給控制部分，控制部分還根據(jù)所述使能信號(hào)控制了至少一個(gè)切換單元。在優(yōu)選的安全電路中使能信號(hào)從安全控制器提供給第一信號(hào)裝置。
這種改進(jìn)有利地使用了新的靈活性。盡管已經(jīng)描述的中繼器功能意味著甚至不需要這種改進(jìn)新的信號(hào)裝置也具有勝于公知的安全開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。然而，在控制部分中只考慮外部提供的使能信號(hào)允許新的信號(hào)裝置根據(jù)信號(hào)裝置外面發(fā)生的事件進(jìn)行獨(dú)立反應(yīng)。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，傳送給至少一個(gè)切換單元的輸出端的信號(hào)被提供給信號(hào)裝置中的控制部分。
換句話說，來自切換單元的輸出信號(hào)(因此至少間接地是信號(hào)裝置的輸出信號(hào))被反饋給控制部分。
控制部分因此能檢測設(shè)備內(nèi)的故障情況。這樣的特性本質(zhì)上從EP 1363306 A2得知，并且很長時(shí)間內(nèi)從光幕和其他“智能”信號(hào)裝置和安全切換裝置得知。然而，除非基于本發(fā)明，否則這種改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)不能完全開始生效，因?yàn)榇?lián)排列中的每個(gè)信號(hào)裝置都能獨(dú)立于上游信號(hào)裝置的狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)部故障情況。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，信號(hào)裝置中的控制部分被設(shè)計(jì)為檢測裝置內(nèi)部故障情況并使用至少一個(gè)切換單元在其輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息。
特別的優(yōu)點(diǎn)在于新的信號(hào)裝置能夠通過現(xiàn)有的信號(hào)連接向高級(jí)安全控制器發(fā)送診斷數(shù)據(jù)，也就是說，不必設(shè)置額外的連接和線路用于發(fā)送診斷數(shù)據(jù)。因此，配線得以簡化，并且在信號(hào)裝置的情況下以及在安全控制器的情況下，額外連接的物理空間和成本都能節(jié)省。
在優(yōu)選的改進(jìn)中，數(shù)據(jù)消息是脈沖消息，即控制部分以脈沖的方式使得至少一個(gè)切換單元開啟和關(guān)閉。
這樣，具有若干比特信息內(nèi)容的消息能以非常低的成本且不定地在現(xiàn)有信號(hào)線路上發(fā)送。這提供了非常詳細(xì)的診斷信息的有效轉(zhuǎn)發(fā)。這種改進(jìn)還允許與信號(hào)裝置相關(guān)的地址毫不費(fèi)勁地向高級(jí)控制器轉(zhuǎn)發(fā)，這意味著安全控制器能獨(dú)立地識(shí)別串聯(lián)電路中的每個(gè)信號(hào)裝置。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，每個(gè)信號(hào)裝置至少具有兩個(gè)冗余的切換單元，每個(gè)切換單元都具有輸入端和輸出端，并且至少兩個(gè)冗余的切換單元的每一個(gè)都具有施加到其輸入端的固定電位。
與本發(fā)明相結(jié)合，這種本質(zhì)上從安全控制器得知的改進(jìn)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)信號(hào)裝置能在現(xiàn)有的信號(hào)線路上，向高級(jí)安全控制器報(bào)告內(nèi)部故障情況，即便是切換單元之一導(dǎo)致了故障情況。在這種情況下，出于安全的原因典型地在公知的安全切換裝置內(nèi)設(shè)置的冗余也因此導(dǎo)致更高級(jí)別的可用性。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，信號(hào)裝置具有用于提供工作電壓的輸入端，該工作電壓被作為固定電位提供給至少一個(gè)切換單元。
這種改進(jìn)在上述新信號(hào)裝置的中繼器功能方面具有特別的優(yōu)勢。由于至少一個(gè)切換單元具有連接到工作電壓的輸入端，多個(gè)信號(hào)裝置之間的長距離能容易地被橋接。
在進(jìn)一步的改進(jìn)中，信號(hào)裝置包含能在第一和至少一個(gè)第二空間位置之間移動(dòng)的可移動(dòng)控制單元，外部狀態(tài)變量是當(dāng)前的空間位置。在一個(gè)特別的優(yōu)選改進(jìn)中，控制單元是轉(zhuǎn)發(fā)器(transponder)。
在這種改進(jìn)中，新的信號(hào)裝置優(yōu)選地是安全門開關(guān)、應(yīng)急斷電按鈕、限位或位置開關(guān)、用于底墊層的感應(yīng)器或者人工操作的開啟或命令按鈕。在這種情況下，控制單元可以結(jié)合到信號(hào)裝置內(nèi)，不然就獨(dú)立于信號(hào)裝置而制造，例如，這對(duì)于安全門開關(guān)來說是典型的?？刂茊卧軌蚬鈱W(xué)地、電感性地、電容性地或者以任何其他方式鏈接到信號(hào)裝置。這種改進(jìn)是優(yōu)選的，因?yàn)樗鲂盘?hào)裝置是相對(duì)簡單的組件，它們實(shí)質(zhì)上不進(jìn)行自己的信號(hào)進(jìn)行處理。在這些信號(hào)裝置的情況下，增強(qiáng)的功能范圍對(duì)于特別大的優(yōu)點(diǎn)來說是可見的。此外，由于信號(hào)裝置采用其輸出啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器而不需要任何插入的安全控制器，使用本發(fā)明用于這樣的“簡單”信號(hào)裝置，對(duì)較小的應(yīng)用也能使用冗余的高級(jí)安全控制器。
在另一種改進(jìn)中，如果新的信號(hào)裝置具有用于從驅(qū)動(dòng)器提供外部反饋信號(hào)的反饋輸入，則這是優(yōu)選的。
因此，在這種改進(jìn)中的信號(hào)裝置結(jié)合了先前獨(dú)立的“記錄狀態(tài)變量”(感應(yīng)器)和“關(guān)閉設(shè)備”(信號(hào)處理)的功能。小型的有關(guān)安全的應(yīng)用因而能夠以非常低的成本實(shí)現(xiàn)。
在另一種改進(jìn)中，輸入部分被設(shè)計(jì)為獲取物理測量的變量，具體地是旋轉(zhuǎn)速度、電壓和/或電流，作為外部狀態(tài)變量。
用于接收這樣的狀態(tài)變量的感應(yīng)器通常安裝在控制箱內(nèi)，而應(yīng)急斷電按鈕、限位或位置開關(guān)、安全門開關(guān)和類似的信號(hào)裝置通常安裝在設(shè)備上。然而，上述優(yōu)點(diǎn)也能以同樣的方式轉(zhuǎn)移到作為信號(hào)裝置的這類測量感應(yīng)器。舉例來說，多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度控制器能按這里描述的方式串聯(lián)連接，以便于成本不高地監(jiān)控多個(gè)移動(dòng)軸。
毫無疑問，在不偏離本發(fā)明范圍的前提下，上述特點(diǎn)和以下將要說明的那些特點(diǎn)不僅能按照分別描述的組合方式使用，也可以按照其它組合或其獨(dú)自的方式使用。


本發(fā)明的示例性實(shí)施例在附圖中示出，并且在以下的說明中作更詳細(xì)的描述。其中圖1是設(shè)備的簡化示意圖，其中基于本發(fā)明的信號(hào)裝置用于防護(hù)，圖2是新信號(hào)裝置的示例性實(shí)施例的示意圖，圖3示出具有兩個(gè)如圖2所示類型的串聯(lián)排列的信號(hào)裝置的安全電路，圖4示出具有信號(hào)輪廓的時(shí)序圖，所述信號(hào)輪廓用于啟動(dòng)圖3中所示的安全電路，以及圖5示出新信號(hào)裝置的進(jìn)一步的示例性實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1中，用本發(fā)明保護(hù)的設(shè)備整個(gè)地用附圖標(biāo)記10標(biāo)明。
在該實(shí)施例中，設(shè)備10包含機(jī)械手12，機(jī)械手12的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)其運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的人員(此處未示出)造成危險(xiǎn)。機(jī)械手12的運(yùn)動(dòng)區(qū)域因此通過安全門14和安全柵欄來進(jìn)行保護(hù)，這本身是公知的。安全門14具有安裝于其上的控制單元16。在固定的框架上存在安全開關(guān)18，當(dāng)安全門關(guān)閉時(shí)擠靠該固定框架，更一般地說，所述安全開關(guān)18也就是基于本發(fā)明的信號(hào)裝置的固定部分。安全開關(guān)18通過多條線路連接到安全控制器20。安全控制器20的輸出控制兩個(gè)接觸器22、24，其觸點(diǎn)能中斷至機(jī)械手12的電源26。
設(shè)備10這里以簡化形式示出。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，安全門14通常裝配有至少兩個(gè)安全開關(guān)18和適當(dāng)?shù)目刂茊卧?6，安全開關(guān)之一經(jīng)常以隱蔽的形式安裝，以便使得操縱更加困難。另外，這種類型的設(shè)備還包含信號(hào)裝置，例如應(yīng)急斷電按鈕或別的安全門開關(guān)(此處未示出)。此外，為了簡化，機(jī)械手12的標(biāo)準(zhǔn)操作控制器這里沒有顯示。當(dāng)安全門打開時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)受限制的操作，一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)速度控制器(此處未示出)能連接到驅(qū)動(dòng)裝置和/或機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軸。
在簡化的情況下，安全控制器20可以是如本申請(qǐng)人出售的商標(biāo)名為PNOZ的安全切換裝置。然而，如果為了保護(hù)設(shè)備10需要多個(gè)與安全有關(guān)的信號(hào)裝置，使用諸如本申請(qǐng)人出售的商標(biāo)名為PSS的更復(fù)雜的安全控制器是有利的。至少在后面這種情況中，安全控制器20通常具有現(xiàn)場總線連接和用于與標(biāo)準(zhǔn)操作控制器(此處未示出)進(jìn)行通信和/或用于與高級(jí)主計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的其它接口。
在如圖2所示的優(yōu)選示例性實(shí)施例中，安全開關(guān)18是雙通道的冗余設(shè)計(jì)。相應(yīng)地，這種情況下的安全開關(guān)具有兩個(gè)互相監(jiān)控的冗余微控制器30、32，如微控制器之間的雙頭指針?biāo)?。在?yōu)選的示例性實(shí)施例中，微控制器是不同的，也就是說安全開關(guān)18是多樣性設(shè)計(jì)。
附圖標(biāo)記34、36表明兩個(gè)電子切換單元，這種情況下，所述電子切換單元被示為場效應(yīng)晶體管。然而，可選地，使用雙極晶體管或者其它優(yōu)選的電子切換單元也是可能的。
切換單元34的控制接頭(柵極)連接到微控制器30。輸入端38(源極)連接到線路40，該線路在安全開關(guān)18工作期間具有施加到其上的工作電壓UB。輸出端42(漏極)連接到接頭44，在該接頭上能對(duì)安全開關(guān)18進(jìn)行外部接線。結(jié)果，切換單元34的輸出形成了安全開關(guān)18的輸出信號(hào)。
第二切換單元36具有連接到微控制器32的控制接頭(柵極)。同樣，其輸入端38(源極)通過線路40處于工作電壓UB。其輸出42提供給安全開關(guān)18的第二輸出接頭46。
切換單元34、36輸出端42上的信號(hào)通過兩個(gè)分壓器48、50被反饋給微控制器30、32。這意味著微控制器30、32能監(jiān)控切換單元34、36的各個(gè)切換狀態(tài)。
附圖標(biāo)記52表明微控制器30、32用于確定控制單元16的當(dāng)前狀態(tài)的輸入部分，這種情況下的當(dāng)前狀態(tài)是空間位置。在這里示出的優(yōu)選實(shí)施例中，控制單元16是具有信號(hào)產(chǎn)生電路54以及發(fā)射和接收線圈56的轉(zhuǎn)發(fā)器。信號(hào)產(chǎn)生電路54存儲(chǔ)獨(dú)特的代碼58。輸入部分52具有用于發(fā)射請(qǐng)求信號(hào)的發(fā)射和接收線圈56(這里只象征性地示出)。轉(zhuǎn)發(fā)器16一位于輸入部分52(關(guān)閉的安全門)的附近，控制單元中的信號(hào)產(chǎn)生電路54就被激活?？刂茊卧?6然后將存儲(chǔ)的代碼58返回輸入部分52。在輸入部分52，代碼58從接收的信號(hào)中被解調(diào)出來，并且可用于微控制器30、32。
另一方面，如果安全門14被打開，則控制單元16位于輸入部分52的發(fā)射和接收范圍之外，這在圖2中的位置16’處示出。在這種情況下，控制單元16和輸入部分52之間不發(fā)生通信。微控制器30、32因此不接收代碼，這是由于安全門14打開了。如果存在第二安全門開關(guān)或至少第二控制單元(未示出)，則確認(rèn)控制單元16或輸入部分52內(nèi)的故障情況也是可能的。
在其它實(shí)施例中，輸入部分52可以針對(duì)其它類型的控制單元而設(shè)計(jì)。在這種情況下，控制單元也可以集成到安全開關(guān)18中。例如，安全開關(guān)18可以是應(yīng)急斷電按鈕，而這種情況下的控制單元會(huì)是該按鈕的撞擊器。在其它實(shí)施例中，輸入部分52包含電感式、電容式、光學(xué)或其它感應(yīng)器，用于確定機(jī)械移動(dòng)的控制單元的當(dāng)前位置。此外，本發(fā)明基本上還適用于光幕和在至少兩個(gè)狀態(tài)之間變化的其他信號(hào)裝置。在其它示例性實(shí)施例中，輸入部分被設(shè)計(jì)為獲取經(jīng)測量的物理狀態(tài)變量，后面將參考圖5進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
這種情況下的安全開關(guān)18的輸入具有三個(gè)接頭60、62、64，所述接頭分別采用安全輸入的形式并冗余地連接到兩個(gè)微控制器30、32。接頭60至64能用于向微控制器30、32提供外部使能信號(hào)。除此之外，接頭66用于提供工作電壓UB，地線接頭68以原有的、公知的方式設(shè)置。毫無疑問，所述接頭在安全開關(guān)18的機(jī)殼70外分別都是容易得到的。
圖3中，具有兩個(gè)所描述的安全開關(guān)18的安全電路整個(gè)地用附圖標(biāo)記80標(biāo)明。另外，同樣的參考符號(hào)表明如前所述的相同單元。兩個(gè)安全開關(guān)用18a和18b標(biāo)明以便于互相區(qū)分。
安全開關(guān)18a具有連接到安全控制器20的輸出端的端子60、62。優(yōu)選地，這些是安全控制器20的“時(shí)鐘輸出”，其產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率和/或相位的時(shí)鐘信號(hào)，因此在安全開關(guān)18a以及(通過反饋，此處未示出)安全控制器20內(nèi)的交叉連接識(shí)別是可能的。除此之外，安全開關(guān)18a具有連接到工作電壓UB或地的輸出端的端子66、68。在輸出側(cè)，安全開關(guān)18a的端子44、46進(jìn)路(route)至下游安全開關(guān)18b的端子60、62。因此，安全開關(guān)18a、18b相互串聯(lián)地排列。在示出的排列中，安全開關(guān)18b從安全開關(guān)18a接收工作電壓?？蛇x地，安全開關(guān)18b可以連接到工作電壓UB的獨(dú)立電源。
來自安全開關(guān)18b的兩個(gè)輸出信號(hào)，即出現(xiàn)在端子44、46上的信號(hào)被提供給安全控制器20的安全輸入端。安全控制器20的輸出端連接到電源26和將要被關(guān)閉的驅(qū)動(dòng)裝置82之間，所述驅(qū)動(dòng)裝置例如機(jī)械手12中的伺服驅(qū)動(dòng)裝置。另外，這里概略地示出，安全控制器20通過現(xiàn)場總線84連接到機(jī)械手12的操作控制器86和/或高級(jí)主計(jì)算機(jī)。出于簡化的目的，屬于安全開關(guān)18a、18b的控制單元在圖3中未示出。
安全電路80工作如下啟動(dòng)后，安全控制器20在其輸出端產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)88、90并將它們提供給安全開關(guān)18a作為使能信號(hào)。安全開關(guān)18a內(nèi)的微控制器30、32使用輸入部分52來監(jiān)控相關(guān)控制單元的當(dāng)前狀態(tài)。如果控制單元位于輸入部分52附近，并且如果使能信號(hào)88、90被正確接收，則微控制器30、32使用切換單元34、36產(chǎn)生作為使能信號(hào)88、90的再生的兩個(gè)輸出信號(hào)。然而，這兩個(gè)信號(hào)也可以與時(shí)鐘信號(hào)88、90例如在頻率上有所不同。如果第二安全開關(guān)18b同樣確定安全門關(guān)閉并且工作正常，則對(duì)其來說，其接收再生的使能信號(hào)并且在輸出端對(duì)它們進(jìn)行再生。安全控制器20通過線路92、94接收再生的使能信號(hào)。
如果安全開關(guān)18a現(xiàn)在檢測到相關(guān)的安全門打開，即如果相關(guān)的控制單元改變了其狀態(tài)，則微控制器30、32打開切換單元34、36。因此下游的安全開關(guān)18b不再接收再生的使能信號(hào)。由于切換單元34、36關(guān)閉，這通過安全開關(guān)18b內(nèi)的微控制器得到確認(rèn)，并被報(bào)告給安全控制器20。接著，安全控制器20能關(guān)閉驅(qū)動(dòng)裝置82。
當(dāng)安全開關(guān)18a檢測到故障情況時(shí)，信號(hào)的流動(dòng)按照相同的方式發(fā)生，所述故障情況例如輸入端或輸出端接頭的交叉連接、切換單元34、36之一出現(xiàn)故障或任何其它故障情況。在簡短的等待時(shí)間之后，安全開關(guān)18a在至少其輸出端的一個(gè)之上以脈沖的方式通過關(guān)閉和再打開至少一個(gè)切換單元34、36產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息96，其中所述等待時(shí)間存儲(chǔ)在所有安全開關(guān)18a、18b和安全控制器20的微控制器內(nèi)。下游的安全開關(guān)18b接收該數(shù)據(jù)消息并按照相同的方式將其轉(zhuǎn)發(fā)至安全控制器20。如果需要，也能在數(shù)據(jù)消息96中結(jié)合別的信息。
在一個(gè)實(shí)施例中，如果在異步串行接口的情況下，也就是說數(shù)據(jù)消息96從定義的起始比特開始并且以定義的停止比特結(jié)束，則產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息96。在中間，存在任意或者預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)比特。在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)數(shù)據(jù)消息96包含具有預(yù)定脈沖持續(xù)時(shí)間的預(yù)定數(shù)目的脈沖。每個(gè)單獨(dú)脈沖的有效性取決于安全開關(guān)18和安全控制器20之間規(guī)定的協(xié)議。
如果安全開關(guān)18b自己發(fā)現(xiàn)故障情況，則它以相同的方式產(chǎn)生單獨(dú)的數(shù)據(jù)消息96。與公知的設(shè)備相反，安全開關(guān)18b能夠產(chǎn)生自己的數(shù)據(jù)消息至切換單元34、36，而與安全開關(guān)18a是否打開或關(guān)閉無關(guān)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，來自安全開關(guān)18a、18b的數(shù)據(jù)消息包含地址信息項(xiàng)，該地址信息項(xiàng)標(biāo)識(shí)了希望向高級(jí)安全控制器20報(bào)告信息的安全開關(guān)。各地址能以不同的方式分配給安全開關(guān)18a、18b。舉例來說，可以給每個(gè)安全開關(guān)18a、18b配備多級(jí)地址選擇器開關(guān)(此處未示出)，在該多級(jí)地址選擇器開關(guān)上設(shè)置了地址。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，安全開關(guān)18a、18b分別使用其相關(guān)控制單元16的代碼58作為地址。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在安全電路80啟動(dòng)之后，串聯(lián)連接的安全開關(guān)18a、18b以初始化模式被分配地址。執(zhí)行這種地址分配的優(yōu)選方法參考圖4示出。
圖4顯示了這種初始化模式的信號(hào)圖。頂部的脈沖串100是接通用于安全電路80的所有部件的工作電壓UB。附圖標(biāo)記102示出安全控制器20的第一時(shí)鐘輸出端的信號(hào)，即線路88上的信號(hào)。附圖標(biāo)記104示出安全控制器20的第二時(shí)鐘輸出端的信號(hào)，即線路90上的信號(hào)。當(dāng)工作電壓UB接通時(shí)，第一安全開關(guān)18a在其輸入端60接收持久的高電平并在其輸入端62接收單個(gè)脈沖。第一安全開關(guān)18a一識(shí)別后者，就在其輸出端44(附圖標(biāo)記106)再生施加到其接頭60(持久的高電平)的信號(hào)。在等待時(shí)間T之后，其輸出端46產(chǎn)生兩個(gè)脈沖，如附圖標(biāo)記108所示。等待時(shí)間T用于確定在輸入端是否接收其它脈沖。
第二安全開關(guān)裝置18b在其輸入端60、62接收信號(hào)106、108，并在其輸出端44、46再生它們。在這樣做時(shí)，18b向其在接頭62處收到的單個(gè)脈沖108中添加另一個(gè)單脈沖。第二安全開關(guān)18b的輸出端因此產(chǎn)生如附圖標(biāo)記110、112所示的脈沖串。按照同樣的方式，其它的安全開關(guān)裝置18c、18d等(圖3中未示出)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)線(附圖標(biāo)記114)上持久的高電平和第二信號(hào)線上的脈沖串，并且每個(gè)安全開關(guān)將向脈沖串中增加一個(gè)脈沖。
在這一連串的最后，安全控制器20接收如附圖標(biāo)記114、116所示的信號(hào)。根據(jù)信號(hào)114，安全控制器識(shí)別通道A的配線是正確的。根據(jù)信號(hào)116，安全控制器識(shí)別通道B的配線是正確的。另外，根據(jù)脈沖的數(shù)目(減1)，它能確定串聯(lián)排列的安全開關(guān)18a、18b等的數(shù)目。按照同樣的方式，每個(gè)安全開關(guān)18a、18b能根據(jù)接收的脈沖數(shù)目識(shí)別其地址。這樣，當(dāng)安全電路80接通時(shí)，獨(dú)特的地址能自動(dòng)分配給串聯(lián)排列的每個(gè)安全開關(guān)。如果安全電路80后來被改變，則隨后向配置進(jìn)行新的、正確地址的分配，當(dāng)再次接通時(shí)所述配置自動(dòng)存在。
這里，通過輸入端子64，新信號(hào)裝置的靈活性進(jìn)一步增加，到目前為止已經(jīng)解釋了所述端子64。該端子能用于向安全開關(guān)18內(nèi)饋送外部反饋信號(hào)。舉例來說，這意味著安全開關(guān)自身能啟動(dòng)具有正導(dǎo)向觸點(diǎn)的接觸器，即，就用于這個(gè)目的來說不需要安全開關(guān)裝置或適當(dāng)?shù)陌踩刂破?。如果該接觸器的正導(dǎo)向斷開觸點(diǎn)進(jìn)路到安全開關(guān)18的反饋輸入端64，則這是充分的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，諸如示出的安全開關(guān)18的信號(hào)裝置具有進(jìn)一步的、施加起始信號(hào)的輸入端子。這甚至允許實(shí)現(xiàn)受監(jiān)控的設(shè)備的重啟而不需要先前的普通安全控制器。
另外，信號(hào)裝置18的工作模式能通過輸入端子64進(jìn)行設(shè)置，例如，這在DE 100 16 712 A1中進(jìn)行了描述。除此之外，能采用不同的轉(zhuǎn)發(fā)器代碼外部設(shè)置參數(shù)。
圖5示出作為旋轉(zhuǎn)速度監(jiān)控器的新信號(hào)裝置100的示例性實(shí)施例。在該圖中，相同的參考符號(hào)表明與前面相同的單元。
就輸入部分102來說，信號(hào)裝置100本質(zhì)上不同于圖2的信號(hào)裝置18，在這種情況下輸入部分102與輸入部分52不一樣，被設(shè)計(jì)成通過測量來記錄旋轉(zhuǎn)速度。在該示例性實(shí)施例中，由于輸入部分102從旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置104分接了馬達(dá)電壓并就其頻率對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，旋轉(zhuǎn)速度記錄的執(zhí)行不需要感應(yīng)器。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，信號(hào)裝置100采用零速度監(jiān)控的形式，也就是說，當(dāng)達(dá)到并保持零速度時(shí)信號(hào)裝置100進(jìn)行監(jiān)控。這是能完成的，因?yàn)檩斎氩糠?02分接并監(jiān)控由減速的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置104產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)電壓，這本身從用于安全相關(guān)的應(yīng)用的零速度監(jiān)控器可以得知。
在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，輸入部分102通過測量來記錄電壓、電流或另外的物理變量，并且微控制器基于記錄的變量，特別地基于記錄的采用指定設(shè)置值的變量控制切換單元34、36。
權(quán)利要求
1.一種用于安全電路的信號(hào)裝置，其包含用于接收外部狀態(tài)變量的輸入部分(52)，包含具有輸入端(38)和輸出端(42)的至少一個(gè)切換單元(34、36)，以及包含設(shè)計(jì)用于根據(jù)所述外部變量控制所述至少一個(gè)切換單元(34、36)的控制部分(30、32)，以使得施加于所述輸入端(38)的信號(hào)被傳送到所述輸出端(42)，其特征在于，所述切換單元(34、36)的所述輸入端(38)內(nèi)部連接到固定電位，所述固定電位優(yōu)選地是固定高電位UB。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的信號(hào)裝置，其特征是用于外部使能信號(hào)(88、90)的至少一個(gè)輸入端，該輸入端優(yōu)選地是冗余的安全輸入端(60、62)，所述使能信號(hào)(60、62)提供給所述控制部分(30、32)，所述控制部分(30、32)該根據(jù)所述使能信號(hào)(88、90)控制所述至少一個(gè)切換單元(34、36)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的信號(hào)裝置，其特征在于，傳送給所述至少一個(gè)切換單元(34、36)的所述輸出端(42)的信號(hào)被提供給所述控制部分(30、32)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的信號(hào)裝置，其特征在于，所述控制部分(30、32)被設(shè)計(jì)為檢測裝置內(nèi)部故障情況并使用至少一個(gè)所述切換單元(34、36)在其輸出端(42)產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息(96)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的信號(hào)裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)消息是脈沖消息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的信號(hào)裝置，其特征在于，至少兩個(gè)冗余的切換單元(34、36)每個(gè)都具有各自的輸入端(38)和各自的輸出端(42)，所述至少兩個(gè)冗余切換單元(34、36)的每一個(gè)都具有施加到其輸入端的所述固定電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的信號(hào)裝置，其特征是用于提供工作電壓的(UB)的輸入端(66)，所述工作電壓提供給所述至少一個(gè)切換單元(34、36)作為所述固定電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的信號(hào)裝置，其特征是能在第一和至少一個(gè)第二空間位置(16’)之間移動(dòng)的可移動(dòng)控制單元(16)，特別是轉(zhuǎn)發(fā)器，所述外部狀態(tài)變量作為所述控制單元(16)的當(dāng)前空間位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的信號(hào)裝置，其特征在于，所述輸入部分(52)被設(shè)計(jì)為獲取物理測量的變量作為外部狀態(tài)變量，其中所述物理測量的變量特別是旋轉(zhuǎn)速度、可變電壓和/或可變電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一的信號(hào)裝置，其特征是用于從驅(qū)動(dòng)器(22、24)提供外部反饋信號(hào)的反饋輸入端(64)。
11.一種用于安全地關(guān)閉危險(xiǎn)設(shè)備(10)的安全設(shè)備，所述安全設(shè)備包含設(shè)計(jì)用于以故障安全方式關(guān)閉所述設(shè)備(10)的安全控制器(20)，并且包含互相串聯(lián)地連接到所述安全控制器(20)的第一和至少一個(gè)第二信號(hào)裝置(18a、18b)，每個(gè)所述信號(hào)裝置(18a、18b)包含用于接收外部狀態(tài)變量的輸入部分(52)、具有輸入端(38)和輸出端(42)的至少一個(gè)切換單元(34、36)，以及設(shè)計(jì)用于根據(jù)所述外部變量控制所述至少一個(gè)切換單元(34、36)的控制部分(30、32)，以使得施加于所述輸入端(38)的信號(hào)被傳送到所述輸出端(42)，其特征在于，每個(gè)信號(hào)裝置中的所述切換單元(34、36)的所述輸入端(38)內(nèi)部連接到固定電位，所述固定電位優(yōu)選地是固定高電位UB，并且所述第一信號(hào)裝置(18a)中的所述至少一個(gè)切換單元(34、36)的所述輸出端(42)提供給所述第二信號(hào)裝置(18b)的所述控制部分(30、32)，并且所述第二信號(hào)裝置(18b)的所述控制部分(30、32)還根據(jù)所述第一信號(hào)裝置(18a)啟動(dòng)所述第二信號(hào)裝置(18b)的所述至少一個(gè)切換單元(34、36)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于，將來自所述安全控制器(20)的使能信號(hào)(88、90)提供給所述第一信號(hào)裝置(18a)的所述控制部分(30、32)，所述第一信號(hào)裝置(18a)的所述控制部分(30、32)還根據(jù)所述使能信號(hào)(88、90)啟動(dòng)所述第一信號(hào)裝置(18a)的所述至少一個(gè)切換單元(34、36)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)信號(hào)裝置(18a、18b)中的所述控制部分(30、32)被設(shè)計(jì)為檢測裝置內(nèi)部故障情況并使用至少一個(gè)所述切換單元(34、36)在其輸出端(42)產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息(96)。
全文摘要
一種用于安全電路的信號(hào)裝置，具有用于接收外部狀態(tài)變量的輸入部分(52)、至少一個(gè)切換單元(34、36)和控制部分(30、32)?？刂撇糠?30、32)被設(shè)計(jì)為根據(jù)所述外部變量控制所述至少一個(gè)切換單元(34、36)，使得施加于所述輸入端(38)的信號(hào)被傳送到所述輸出端(42)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，切換單元(34、36)的輸入端(38)內(nèi)部連接到固定電位，優(yōu)選地，固定高電位U
文檔編號(hào)G05B9/03GK1938806SQ200580010039
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者J·普爾曼, C·青澤爾, G·霍爾農(nóng), J·弗來那 申請(qǐng)人:皮爾茨公司