專(zhuān)利名稱(chēng)：用于安全電路的安全開(kāi)關(guān)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安全開(kāi)關(guān)，其包含控制部分，該部分用于處理輸入信號(hào)；至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，該元件具有至少一個(gè)啟用和一個(gè)停用開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中，控制部分被配置為對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制，以便在輸出上產(chǎn)生依賴(lài)于輸入信號(hào)的輸出信號(hào)，該開(kāi)關(guān)還包含用于識(shí)別功能故障的診斷功能，其中，控制部分被配置為當(dāng)功能故障被識(shí)別出時(shí)將開(kāi)關(guān)元件轉(zhuǎn)換到停用狀態(tài)。
本發(fā)明還涉及一種安全電路，該電路用于以故障保護(hù)方式切斷危險(xiǎn)設(shè)備，該電路包含多個(gè)這類(lèi)安全開(kāi)關(guān)，并包含更高等級(jí)的安全控制器，該控制器被配置為切斷到該設(shè)備的電源通路。
背景技術(shù)：
這種安全開(kāi)關(guān)和相應(yīng)的安全電路可從EP 1 363 306 A2獲知。
EP 1 363 306 A2公開(kāi)了一種安全開(kāi)關(guān)裝置，該裝置用于監(jiān)測(cè)保護(hù)欄、保護(hù)門(mén)、機(jī)器覆蓋件或其他用于保護(hù)旋轉(zhuǎn)機(jī)件或其他危險(xiǎn)場(chǎng)所的保護(hù)裝置的位置。這種安全開(kāi)關(guān)裝置經(jīng)常被稱(chēng)為安全開(kāi)關(guān)或被稱(chēng)為用于安全開(kāi)關(guān)電路的發(fā)信號(hào)裝置。安全開(kāi)關(guān)(或者更一般的發(fā)信號(hào)裝置)用于產(chǎn)生與安全有關(guān)的輸入信號(hào)，該信號(hào)被提供給更高等級(jí)的安全控制器。安全控制器被配置為對(duì)若干個(gè)發(fā)信號(hào)裝置的輸入信號(hào)做出評(píng)估，并依賴(lài)于此將危險(xiǎn)設(shè)備引入安全狀態(tài)，例如，切斷移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在這種布置中，安全控制器通常與設(shè)備的運(yùn)行控制器分開(kāi)實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)榕c“簡(jiǎn)單”的運(yùn)行控制器相比，安全控制器必須滿(mǎn)足高得多的故障安全標(biāo)準(zhǔn)。
然而，本發(fā)明意義上的安全開(kāi)關(guān)不僅是發(fā)信號(hào)裝置，還是被典型稱(chēng)為安全開(kāi)關(guān)裝置或安全繼電器、甚至是安全控制器的裝置，也就是說(shuō)，甚至是對(duì)來(lái)自發(fā)信號(hào)裝置的輸入信號(hào)進(jìn)行評(píng)估的裝置。盡管如此，本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)橛糜谂c安全有關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合的發(fā)信號(hào)裝置。這種發(fā)信號(hào)裝置有時(shí)也稱(chēng)為傳感器。
為了保證任何時(shí)候都能滿(mǎn)足預(yù)期的安全功能，就像安全控制器/安全開(kāi)關(guān)裝置那樣，用于與安全有關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合的發(fā)信號(hào)裝置/傳感器必須被構(gòu)建為具有故障保護(hù)性。因此，例如光障(light barriers)或光幕(light curtains)的智能傳感器典型地可被構(gòu)建為具有固有的故障保護(hù)性，故而滿(mǎn)足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 954-1的類(lèi)別3或甚至是類(lèi)別4，或滿(mǎn)足類(lèi)似的安全要求。盡管例如緊急關(guān)斷按鈕、保護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)、雙臂開(kāi)關(guān)(two-handed switches)等簡(jiǎn)單的發(fā)信號(hào)裝置同樣是冗余的，但通常來(lái)說(shuō)它們實(shí)際上不具備智能性、或僅具備有限的智能性。通常，通過(guò)更高等級(jí)的安全控制器或更高等級(jí)的安全開(kāi)關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)測(cè)。
開(kāi)始處提到的EP 1 363 306 A2公開(kāi)了一種安全開(kāi)關(guān)，該安全開(kāi)關(guān)具有自己的診斷功能。具體而言，所介紹的安全開(kāi)關(guān)能夠通過(guò)回讀其輸出信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)元件的運(yùn)行。
該文檔還公開(kāi)了一種安全電路，在該電路中，若干個(gè)這種安全開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)連接到更高等級(jí)的安全控制器。在這種布置中，啟用信號(hào)通過(guò)各個(gè)安全開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)元件環(huán)行，上行到更高等級(jí)的安全控制器。一旦安全開(kāi)關(guān)中的一個(gè)通過(guò)其開(kāi)關(guān)元件抑制了啟用信號(hào)，啟用信號(hào)在安全控制器處丟失，安全控制器因此將被監(jiān)測(cè)的設(shè)備引入停止的安全位置。
然而，采用已知的安全電路，各安全開(kāi)關(guān)(發(fā)信號(hào)裝置)不能向安全控制器通知它們的診斷結(jié)果。盡管因此使得被監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠快速切斷，不可能得出關(guān)于切斷原因的結(jié)論。
在例如光障或光幕等更為智能的傳感器中，已經(jīng)知道，采用單獨(dú)的診斷線(xiàn)或用于此目的的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接，將診斷信息發(fā)送到更高等級(jí)的安全控制器。這對(duì)于“小型”的發(fā)信號(hào)裝置未免過(guò)于復(fù)雜和昂貴，特別是對(duì)于機(jī)械操作的發(fā)信號(hào)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于這種背景，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于對(duì)開(kāi)頭提到的類(lèi)型的安全開(kāi)關(guān)進(jìn)行說(shuō)明，該開(kāi)關(guān)使得具有綜合診斷能力的安全電路能以節(jié)省成本的方式構(gòu)建。
該目標(biāo)通過(guò)開(kāi)頭提到的類(lèi)型的安全開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，其中，控制部分還被配置為在輸出處產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息，該數(shù)據(jù)消息取決于所識(shí)別的功能故障。
對(duì)應(yīng)的安全電路包含安全控制器，該控制器被配置為接收和處理安全開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)消息。
因此，本發(fā)明基于這樣一種構(gòu)思沿著已有的安全線(xiàn)——安全開(kāi)關(guān)典型地通過(guò)該安全線(xiàn)向更高等級(jí)的控制器傳送切斷命令——傳送安全開(kāi)關(guān)的診斷信息。因此，可以省掉現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接或額外的診斷線(xiàn)。與所有先前的方法形成對(duì)照的是，由于已有的安全線(xiàn)(安全輸出)在被監(jiān)測(cè)的設(shè)備已被切斷后、一直到該設(shè)備重新投入運(yùn)行時(shí)不具有功能，這是容易實(shí)現(xiàn)的。因此，可以在這一階段向更高等級(jí)的安全控制器傳送診斷數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的布置只需要很小的布線(xiàn)工作量，節(jié)省了各個(gè)裝置處的連接，并使安全電路能被配置為具有綜合診斷功能。為了進(jìn)一步減小布線(xiàn)工作量，發(fā)信號(hào)裝置或其他安全開(kāi)關(guān)優(yōu)選為彼此串聯(lián)連接到更高等級(jí)的安全控制器。
由此，新型安全開(kāi)關(guān)提供了具有綜合診斷功能的安全電路的一種節(jié)約成本且靈活的配置，但又不具有額外通信線(xiàn)的復(fù)雜性和成本。由此，圓滿(mǎn)達(dá)到了上面提到的目標(biāo)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，控制部分被配置為通過(guò)所述的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息。
或者，用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息的控制部分還可以驅(qū)動(dòng)附加的開(kāi)關(guān)元件，該元件連接到輸出線(xiàn)。然而，采用已有的開(kāi)關(guān)元件節(jié)省了另外的成本，并減小了所需要的構(gòu)造空間。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，新型安全開(kāi)關(guān)具有至少兩個(gè)互為冗余的開(kāi)關(guān)元件，這些開(kāi)關(guān)元件被布置為由控制部分冗余地進(jìn)行控制。
在安全自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中，采用冗余開(kāi)關(guān)元件本質(zhì)上是公知的。然而，在本發(fā)明的背景中，冗余開(kāi)關(guān)元件的采用不僅增強(qiáng)了故障安全性，還增強(qiáng)了可用性。即使開(kāi)關(guān)元件中有一個(gè)由于功能故障(繼電器中的接觸焊、半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的擊穿等等)不能再執(zhí)行開(kāi)關(guān)功能，新型安全開(kāi)關(guān)仍能夠經(jīng)由冗余通道遞送所有的診斷信息。盡管任何診斷數(shù)據(jù)的缺失可在輸出端指示出開(kāi)關(guān)元件的故障，當(dāng)前實(shí)施例在不顯著增加布線(xiàn)和成本費(fèi)用的條件下提供了更為廣泛的診斷。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，為了產(chǎn)生脈沖型的數(shù)據(jù)消息，控制部分被配置為以脈沖方式對(duì)開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行控制。
可以用非常簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)采用脈沖型的數(shù)據(jù)消息。另一方面，其提供了經(jīng)由幾根線(xiàn)用串行協(xié)議傳送大量數(shù)據(jù)的可能性。因此，脈沖型數(shù)據(jù)消息的采用是用很小的布線(xiàn)工作量實(shí)現(xiàn)高度診斷的特別節(jié)省成本的方法。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，控制部分被配置為在數(shù)據(jù)消息中包含地址。
因此，各個(gè)發(fā)信號(hào)裝置、更為一般的是各安全開(kāi)關(guān)裝置，可以向更高等級(jí)的控制器報(bào)告其身份。因此，可以甚至更加簡(jiǎn)單且更具選擇性地實(shí)現(xiàn)整個(gè)安全電路的詳細(xì)診斷。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，新型安全開(kāi)關(guān)具有用于外部啟用信號(hào)——其形成輸入信號(hào)——的至少一個(gè)輸入。
本實(shí)施例對(duì)于從一個(gè)安全開(kāi)關(guān)向下一個(gè)安全開(kāi)關(guān)串行傳送診斷數(shù)據(jù)特別有利。下游的安全開(kāi)關(guān)可經(jīng)由所述輸入接收上游安全開(kāi)關(guān)的診斷數(shù)據(jù)，并在其輸出處對(duì)之進(jìn)行再現(xiàn)。另外，在本實(shí)施例中，如果需要，下游的安全開(kāi)關(guān)具有對(duì)所接收到的診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和/或改變的能力。診斷能力因此甚至更為靈活。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，新型安全開(kāi)關(guān)具有初始化模式，在該模式中，控制部分通過(guò)所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生脈沖序列，該脈沖序列比在輸入處提供的啟用信號(hào)包含更多的脈沖。
本實(shí)施例用簡(jiǎn)單和節(jié)省成本的方法提供了對(duì)于被彼此串聯(lián)布置的若干個(gè)安全開(kāi)關(guān)的自動(dòng)地址分配。如同下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例所介紹的那樣，增加脈沖導(dǎo)致以增序方式進(jìn)行的地址分配。相關(guān)的自動(dòng)化系統(tǒng)使自己適應(yīng)于安全電路中的改變(增加或移除安全開(kāi)關(guān))并由此避免錯(cuò)誤。另外，這種類(lèi)型的地址分配是可行的，而且沒(méi)有額外的硬件工作量，因此是節(jié)省成本的。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，新型安全開(kāi)關(guān)具有至少一個(gè)輸入部分，該部分用于致動(dòng)器，致動(dòng)器適用于在第一狀態(tài)和至少一個(gè)第二狀態(tài)之間變換，輸入部分產(chǎn)生輸入信號(hào)。
本實(shí)施例將新型安全開(kāi)關(guān)定義為發(fā)信號(hào)設(shè)備。由于在復(fù)雜的安全電路中，通常必須將多個(gè)發(fā)信號(hào)裝置連接到一個(gè)或幾個(gè)安全控制器，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在本實(shí)施例中尤其有效。本發(fā)明在機(jī)械操作的發(fā)信號(hào)裝置中特別有益，特別是在保護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)、緊急關(guān)斷按鈕、雙臂開(kāi)關(guān)、開(kāi)始或控制按鈕以及位置開(kāi)關(guān)中。迄今為止，如果這些“簡(jiǎn)單”的發(fā)信號(hào)裝置有診斷功能的話(huà)，也只具有很少的診斷功能。另外，例如，與智能光障相比，這些是相對(duì)較為節(jié)省成本的部件，這就是為什么迄今為止不值得為實(shí)現(xiàn)診斷功能投入高費(fèi)用的原因。然而，采用本發(fā)明，尤其是這些簡(jiǎn)單的發(fā)信號(hào)裝置可以在具備高診斷功能以及小布線(xiàn)費(fèi)用的情況下連接到更高等級(jí)的安全控制器。
在不脫離本發(fā)明背景的前提下，上述以及有待下文闡述的特征可以用各實(shí)例中說(shuō)明的組合或其他組合進(jìn)行應(yīng)用，或者單獨(dú)應(yīng)用各實(shí)例，這一點(diǎn)是不言自明的。


附圖示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，這些典型實(shí)施例將在下文的介紹中更為詳細(xì)地闡釋。在附圖中圖1示出了設(shè)備的簡(jiǎn)化圖，在該設(shè)備中，將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)信號(hào)裝置用于保護(hù)；圖2示出了對(duì)新型發(fā)信號(hào)裝置典型實(shí)施例的圖示；圖3示出了安全電路，該電路具有串聯(lián)布置的、圖2所示類(lèi)型的兩個(gè)發(fā)信號(hào)裝置；以及圖4示出了根據(jù)圖3的安全電路在初始化期間信號(hào)變化的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，用參考標(biāo)號(hào)10總體標(biāo)識(shí)根據(jù)本發(fā)明的被保護(hù)設(shè)備。
在本實(shí)例中，設(shè)備10包含機(jī)器人12，機(jī)器人12的自動(dòng)化移動(dòng)對(duì)位于其移動(dòng)范圍內(nèi)的人(此處未示出)來(lái)說(shuō)將會(huì)是危險(xiǎn)的。如同已知的那樣，因此通過(guò)保護(hù)門(mén)14和保護(hù)欄對(duì)機(jī)器人12的移動(dòng)范圍進(jìn)行保護(hù)。在保護(hù)門(mén)14上裝有致動(dòng)器16。安全開(kāi)關(guān)18、更一般的是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)信號(hào)裝置位于固定的框架上，依靠該框架，保護(hù)門(mén)14處于關(guān)閉狀態(tài)。安全開(kāi)關(guān)18經(jīng)由若干根線(xiàn)連接到安全控制器20。安全控制器20在其輸出處控制兩個(gè)接觸器22與24，接觸器22與24的接觸將中斷到機(jī)器人12的電源26。
這里以簡(jiǎn)化的方式示出了設(shè)備10。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，保護(hù)門(mén)14通常具有至少兩個(gè)安全開(kāi)關(guān)18和對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器16，其中，安全開(kāi)關(guān)之一通常以隱藏的方式布置，以便使篡改更加困難。另外，這種設(shè)備通常包含其它的發(fā)信號(hào)裝置，例如緊急關(guān)斷按鈕或其它的保護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)(這里未示出)。另外，出于簡(jiǎn)化目的，沒(méi)有示出機(jī)器人12所需的運(yùn)行控制。
在簡(jiǎn)單的方案中，安全控制器20可以為如申請(qǐng)人在PNOZ的商標(biāo)名下提供的安全開(kāi)關(guān)裝置。然而，如果需要用大量的與安全有關(guān)的發(fā)信號(hào)裝置保護(hù)設(shè)備10，采用更為復(fù)雜的安全控制器是有利的，例如采用申請(qǐng)人在PSS的商標(biāo)名下銷(xiāo)售的安全控制器。至少在后一種情況下，安全控制器20通常具有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接以及用于與此處未示出的運(yùn)行控制器進(jìn)行通信的和/或用于與更高等級(jí)的控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的其它接口。
在根據(jù)圖2的優(yōu)選典型實(shí)施例中，安全開(kāi)關(guān)18被構(gòu)建為具有兩通道冗余。相應(yīng)地，安全開(kāi)關(guān)18具有相互監(jiān)測(cè)的兩個(gè)冗余微控制器30與32，這種相互監(jiān)測(cè)用微控制器之間的雙向箭頭表示。在優(yōu)選典型實(shí)施例中，微控制器是不同的，也就是說(shuō)，安全開(kāi)關(guān)18被構(gòu)建為具有差異性。
參考標(biāo)號(hào)34與36標(biāo)識(shí)著兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)元件，此處，該元件被示為場(chǎng)效應(yīng)管。或者，也可采用雙極晶體管或優(yōu)選為電子開(kāi)關(guān)元件的其它元件。
開(kāi)關(guān)元件34的控制連接(門(mén)極)連接到微控制器30。輸入38(源極)連接到線(xiàn)40，當(dāng)安全開(kāi)關(guān)18正在運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)40上存在運(yùn)行電壓UB。輸出42(漏極)連接到端子44，可在端子44上對(duì)安全開(kāi)關(guān)18進(jìn)行外部布線(xiàn)。開(kāi)關(guān)元件34的輸出42因此構(gòu)成安全開(kāi)關(guān)18的輸出信號(hào)。
第二開(kāi)關(guān)元件36在其控制連接(門(mén)極)上連接到微控制器32。其輸入38同樣經(jīng)由線(xiàn)40位于運(yùn)行電壓UB。其輸出42被提供到安全開(kāi)關(guān)18的第二輸出端子46。
經(jīng)由兩個(gè)分壓器48與50，開(kāi)關(guān)元件34與36的輸出42上的信號(hào)耦合回到微控制器30與32。微控制器30與32因此能夠監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)元件34與36各自的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
參考標(biāo)號(hào)52標(biāo)識(shí)著輸入部分，微控制器30與32通過(guò)該部分判斷致動(dòng)器16的當(dāng)前狀態(tài)。在此處示出的優(yōu)選典型實(shí)施例中，致動(dòng)器16為具有信號(hào)發(fā)生電路54以及發(fā)送與接收線(xiàn)圈56的詢(xún)答機(jī)。在信號(hào)發(fā)生電路54中，存有獨(dú)立的編碼58。輸入部分52同樣具有發(fā)送與接收線(xiàn)圈(此處僅象征性地示出)，其通過(guò)該線(xiàn)圈發(fā)出詢(xún)問(wèn)信號(hào)。一旦詢(xún)答機(jī)16在輸入部分52附近的區(qū)域之內(nèi)(保護(hù)門(mén)閉合)，致動(dòng)器16中的信號(hào)發(fā)生電路54被啟用。于是，致動(dòng)器16將存儲(chǔ)的編碼58發(fā)回到輸入部分52。在那里，從接收到的信號(hào)中對(duì)編碼58進(jìn)行解調(diào)并將之提供給微控制器30與32。
相反，如果保護(hù)門(mén)14打開(kāi)，致動(dòng)器16在輸入部分52的發(fā)送與接收范圍之外，如圖2中的位置16′所示。在這種情況下，致動(dòng)器16與輸入部分52之間沒(méi)有聯(lián)系。因此，微控制器30與32沒(méi)有接收到任何編碼，其被解釋為開(kāi)著的保護(hù)門(mén)14。如果存在第二保護(hù)門(mén)開(kāi)關(guān)或至少一個(gè)第二致動(dòng)器(未示出)，還可識(shí)別致動(dòng)器16的或者輸入部分52的缺陷。在安全工程領(lǐng)域中，用于監(jiān)測(cè)保護(hù)門(mén)的詢(xún)答機(jī)的應(yīng)用是已知的，例如可從EP 0 968 567B1中獲知。
在其他的典型實(shí)施例中，輸入部分52可被配置為其它類(lèi)型的致動(dòng)器。致動(dòng)器還可集成在安全開(kāi)關(guān)18中。例如，安全開(kāi)關(guān)18可以為緊急關(guān)斷按鈕，且在這種情況下致動(dòng)器為按鈕的活柱(plunger)。在其它的典型實(shí)施例中，輸入部分52包含電感性、電容性、光學(xué)或其它類(lèi)型的傳感器，該傳感器用于確定可機(jī)械移動(dòng)的致動(dòng)器的當(dāng)前位置。另外，本發(fā)明基本上還可與光障以及在至少兩種狀態(tài)間進(jìn)行識(shí)別的其它發(fā)信號(hào)裝置一起使用。
在輸入端，安全開(kāi)關(guān)18具有三個(gè)端子60、62與64，這些端子在所有情況下被布置為安全輸入并被冗余地連接到兩個(gè)微控制器30與32。經(jīng)由端子60至64，可向微控制器30與32冗余地提供外部啟用信號(hào)。另外，還有端子66以及接地端子68，端子66以已知的方式用于提供運(yùn)行電壓UB。自然，在所有情況下，這些端子可在安全開(kāi)關(guān)18的外殼70之外接觸。
在圖3中，具有兩個(gè)這類(lèi)安全開(kāi)關(guān)18的安全電路整體上用參考標(biāo)號(hào)80標(biāo)識(shí)。對(duì)于其余的部分，如前面一樣，相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)著同樣的元件。兩個(gè)安全開(kāi)關(guān)用18a與18b標(biāo)識(shí)，以便相互區(qū)分。
安全開(kāi)關(guān)18a在其端子60與62上連接到安全控制器20的輸出。它們優(yōu)選為安全控制器20的所謂時(shí)鐘輸出，在該輸出上存在不同頻率的兩種時(shí)鐘信號(hào)，因此，在安全開(kāi)關(guān)18a和安全控制器20中均可識(shí)別交叉連接(通過(guò)此處未示出的回讀)。另外，安全開(kāi)關(guān)18a分別在端子66和68上連接到運(yùn)行電壓UB以及接地。在輸出端，安全開(kāi)關(guān)18a的端子44與46連接到接下來(lái)的安全開(kāi)關(guān)18b的端子60與62。兩個(gè)安全開(kāi)關(guān)18a與18b由此被彼此串聯(lián)地布置。在所示出的布置中，安全開(kāi)關(guān)18b還從安全開(kāi)關(guān)18a接收其運(yùn)行電壓?；蛘?，安全開(kāi)關(guān)18b也可連接到其它的源以得到運(yùn)行電壓UB。
安全開(kāi)關(guān)18b的兩個(gè)輸出信號(hào)——即在其端子44與46上存在的信號(hào)——被提供到安全控制器20的安全輸入。在輸出端，安全控制器20連接在電源26和要切斷的驅(qū)動(dòng)器82——例如機(jī)器人12的致動(dòng)驅(qū)動(dòng)器——之間。另外，這里大概性地示出了安全控制器20經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)84連接到機(jī)器人12的運(yùn)行控制器86和/或更高等級(jí)的控制計(jì)算機(jī)。為清楚起見(jiàn)，圖3中沒(méi)有示出屬于安全開(kāi)關(guān)18a與18b的致動(dòng)器。
安全電路80如下運(yùn)行在其被投入運(yùn)行之后，安全控制器20在其輸出處產(chǎn)生兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)88與90，時(shí)鐘信號(hào)88與90作為啟用信號(hào)被提供到安全開(kāi)關(guān)18a。安全開(kāi)關(guān)18a的微控制器30與32通過(guò)輸入部分52對(duì)所關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果致動(dòng)器在輸入部分52的范圍內(nèi)，且如果正確地接收到啟用信號(hào)88與90，微控制器30與32通過(guò)開(kāi)關(guān)元件34與36產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)為啟用信號(hào)88與90的復(fù)制。然而，它們也可以與時(shí)鐘信號(hào)88及90不同，例如，在它們的頻率方面。第二安全開(kāi)關(guān)18b接收復(fù)制的啟用信號(hào)，并且，當(dāng)其也發(fā)現(xiàn)閉合的保護(hù)門(mén)以及正確的運(yùn)行時(shí)，在其輸出處又對(duì)它們進(jìn)行復(fù)制。安全控制器20經(jīng)由線(xiàn)92與94接收復(fù)制的啟用信號(hào)。
如果安全開(kāi)關(guān)18a接下來(lái)檢測(cè)到其所關(guān)聯(lián)的保護(hù)門(mén)的打開(kāi)，也即當(dāng)所關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器改變其狀態(tài)時(shí)，微控制器30與32斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件34與36。因此，后面的安全開(kāi)關(guān)18b不再收到復(fù)制的啟用信號(hào)。這由安全開(kāi)關(guān)18b中的微控制器檢測(cè)，并通過(guò)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件34與36向安全控制器20發(fā)信號(hào)。接著，控制器可切斷驅(qū)動(dòng)器82。
當(dāng)安全開(kāi)關(guān)18a檢測(cè)到功能故障——例如輸入端或輸入端的端子上的交叉連接、開(kāi)關(guān)元件34與36之一的擊穿或其它功能故障——的時(shí)候，信號(hào)流是同樣的。在存儲(chǔ)在安全控制器和所有安全開(kāi)關(guān)的微控制器中的、短暫的等待時(shí)間之后，通過(guò)在開(kāi)關(guān)元件34與36中的至少一個(gè)上以脈沖方式閉合并再次斷開(kāi)，安全開(kāi)關(guān)18a在其輸出線(xiàn)的至少一個(gè)上產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息96。后面的安全開(kāi)關(guān)18b接收該數(shù)據(jù)消息并將其以同樣的方式向前傳送到安全控制器20。如果必要，其還可以在數(shù)據(jù)消息96中集成其它信息。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，用與異步串行接口的情況相同的方式實(shí)施數(shù)據(jù)消息96，也就是說(shuō)，其用定義的起始位開(kāi)始，用定義的停止位結(jié)束。在這之間是任意數(shù)量或固定數(shù)量的數(shù)據(jù)位。在另一典型實(shí)施例中，各數(shù)據(jù)消息96包含具有定義的脈沖持續(xù)時(shí)間的、固定數(shù)量的脈沖。各個(gè)脈沖的有效位數(shù)取決于在安全開(kāi)關(guān)18與安全控制器20之間建立的協(xié)議。
在相同的方式下，如果安全開(kāi)關(guān)18b本身也發(fā)現(xiàn)功能故障，其產(chǎn)生自身的數(shù)據(jù)消息96。與已知的布置形成對(duì)照的是，不管安全開(kāi)關(guān)18a斷開(kāi)還是閉合開(kāi)關(guān)元件34與36，安全開(kāi)關(guān)18b可產(chǎn)生其數(shù)據(jù)消息。
在優(yōu)選實(shí)施例中，安全開(kāi)關(guān)18a與18b的數(shù)據(jù)消息包含地址信息項(xiàng)，該地址信息項(xiàng)識(shí)別希望向更高等級(jí)的安全控制器20發(fā)送信息的安全開(kāi)關(guān)?？梢杂貌煌姆绞较虬踩_(kāi)關(guān)18a與18b分配相應(yīng)的地址。例如，各安全開(kāi)關(guān)18a與18b可具有多級(jí)地址選擇開(kāi)關(guān)(此處未示出)，在該開(kāi)關(guān)上設(shè)置所分配的地址。在另一實(shí)施例中，在各種情況下，安全開(kāi)關(guān)18a與18b將它們所關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器16的編碼58用作地址。
在進(jìn)一步的典型實(shí)施例中，在安全電路80起動(dòng)后的初始化模式下將地址分配給串聯(lián)連接的安全開(kāi)關(guān)18a與18b。通過(guò)圖4示出了進(jìn)行這種地址分配的優(yōu)選方法。
圖4示出了這種初始化模式的信號(hào)圖。最上方的脈沖序列100為用于安全電路80中所有部件的運(yùn)行電壓UB的接通。在參考標(biāo)號(hào)102處，示出了安全控制器20的第一時(shí)鐘輸出處的信號(hào)，即線(xiàn)88上的信號(hào)。在參考標(biāo)號(hào)104處，示出了安全控制器20的第二時(shí)鐘輸出處的信號(hào)，即線(xiàn)90上的信號(hào)。在運(yùn)行電壓UB被接通后，第一安全開(kāi)關(guān)18因此在其輸入60處接收到持續(xù)高，并在其輸入62處接收到一個(gè)脈沖。在檢測(cè)到這種情況之后，其立即在其輸出44處對(duì)在其端子60上存在的信號(hào)(持續(xù)高)進(jìn)行復(fù)制(參考標(biāo)號(hào)106)。在等待時(shí)間T后，其接著在其輸出46處產(chǎn)生如參考標(biāo)號(hào)108處所示的兩個(gè)脈沖。等待時(shí)間T用于識(shí)別在輸入端上是否收到了其它脈沖。
第二安全開(kāi)關(guān)裝置18b在其輸入60與62處接收信號(hào)106與108，并在其輸出44與46處進(jìn)行復(fù)制。在這樣做的時(shí)候，其將另外的一個(gè)脈沖增添到其在端子62處接收到的單一脈沖(single pulses)108。因此，在第二安全開(kāi)關(guān)18b的輸出處存在如參考標(biāo)號(hào)110與112所示的脈沖序列。以相同的方法，其它安全開(kāi)關(guān)裝置18c與18d等等(圖3中未示出)將在一條信號(hào)線(xiàn)上對(duì)持續(xù)高進(jìn)行復(fù)制(參考標(biāo)號(hào)114)并在第二信號(hào)線(xiàn)上對(duì)脈沖序列進(jìn)行復(fù)制，且各個(gè)安全開(kāi)關(guān)將對(duì)該脈沖序列增加一個(gè)脈沖。
在鏈路末端，安全控制器20接收參考標(biāo)號(hào)114與116的信號(hào)。從信號(hào)114中，安全控制器20檢測(cè)通道A的布線(xiàn)正確。從脈沖序列116中，安全控制器20檢測(cè)通道B的布線(xiàn)正確。另外，由脈沖數(shù)減去1，其可以判斷串聯(lián)布置的安全開(kāi)關(guān)18a、18b等等的數(shù)量。采用相同的方法，各安全開(kāi)關(guān)18a與18b可由接收到的脈沖的數(shù)量識(shí)別其地址。采用這種方式，當(dāng)安全電路80接通時(shí)，可向串聯(lián)連接的各安全開(kāi)關(guān)自動(dòng)分配獨(dú)立的地址。如果后來(lái)更改了安全電路80，當(dāng)其再次接通時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行對(duì)現(xiàn)有配置的新的、正確的地址分配。
通過(guò)尚未介紹的輸入端子64，進(jìn)一步提高了新型發(fā)信號(hào)裝置的靈活性。該端子可用于將外部反饋信號(hào)饋送到安全開(kāi)關(guān)18。通過(guò)這種方式，例如，安全開(kāi)關(guān)18可以獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)具有正驅(qū)動(dòng)接點(diǎn)的接觸器，即不采用迄今為止采用的任何安全開(kāi)關(guān)裝置或相應(yīng)的安全控制器。如果接觸器的正驅(qū)動(dòng)常閉接點(diǎn)連接到安全開(kāi)關(guān)18的反饋輸入64，這一點(diǎn)是足夠的。
在進(jìn)一步的典型實(shí)施例中，例如所示出的安全開(kāi)關(guān)18的發(fā)信號(hào)裝置具有另外的輸入端子，該端子用于施加起動(dòng)信號(hào)。因此，可以在不采用迄今為止使用的安全控制器的情況下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的受監(jiān)測(cè)的重起動(dòng)。
另外，如同從例如DE 100 16 712 A1中獲知的那樣，可通過(guò)輸入端子64對(duì)發(fā)信號(hào)裝置18的相應(yīng)運(yùn)行進(jìn)行參數(shù)化。另外，可通過(guò)不同的詢(xún)答機(jī)編碼從外部進(jìn)行參數(shù)化。
權(quán)利要求
1.一種用于安全電路的安全開(kāi)關(guān)，其包含用于處理輸入信號(hào)(60，62，64；52)的控制部分(30，32)，并包含至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件(34，36)，所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)具有至少一個(gè)啟用和一個(gè)停用開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中，所述控制部分(30，32)被配置為控制所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)、以便在輸出(44，46)處產(chǎn)生取決于所述輸入信號(hào)的輸出信號(hào)，所述安全開(kāi)關(guān)還包含用于識(shí)別功能故障的診斷功能，其中，所述控制部分(30，32)被配置為當(dāng)識(shí)別出功能故障時(shí)將所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)轉(zhuǎn)換到所述停用狀態(tài)，所述安全開(kāi)關(guān)的特征在于所述控制部分(30，32)進(jìn)一步被配置為在所述輸出(44，46)處產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息(96)，所述數(shù)據(jù)消息取決于所述識(shí)別出的功能故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于所述控制部分(30，32)被配置為通過(guò)所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)產(chǎn)生所述數(shù)據(jù)消息(96)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于所布置的至少兩個(gè)互為冗余的開(kāi)關(guān)元件(34，36)，所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)由所述控制部分(30，32)冗余地進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于所述控制部分(30，32)被配置為以脈沖方式控制所述開(kāi)關(guān)元件(34，36)，以便產(chǎn)生脈沖型的數(shù)據(jù)消息(96)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于所述控制部分(30，32)被配置為在所述數(shù)據(jù)消息(96)中包含地址。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于用于外部啟用信號(hào)(88、90)的至少一個(gè)輸入(60，62)，所述外部啟用信號(hào)(88、90)構(gòu)成所述輸入信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于初始化模式，在所述初始化模式中，所述控制部分(30，32)通過(guò)所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件(34，36)產(chǎn)生脈沖序列(108，112，116)，所述脈沖序列(108，112，116)比在所述輸入處提供的啟用信號(hào)(88，90)包含更多的脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)的安全開(kāi)關(guān)，其特征在于用于致動(dòng)器(16)的至少一個(gè)輸入部分(52)，所述致動(dòng)器(16)適用于在第一狀態(tài)和至少一個(gè)第二狀態(tài)之間變換，其中，所述輸入部分(52)產(chǎn)生所述輸入信號(hào)。
9.一種以故障保護(hù)方式切斷危險(xiǎn)設(shè)備(10)的安全電路，其包含多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)的安全開(kāi)關(guān)(18a，18b)，并包含更高等級(jí)的安全控制器(20)，所述安全控制器(20)被配置為中斷到所述設(shè)備(10)的電源通路(26)，其中，所述安全控制器(20)還被配置為接收和處理所述安全開(kāi)關(guān)(18a，18b)的所述數(shù)據(jù)消息(96)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的安全電路，其中，所述多個(gè)安全開(kāi)關(guān)(18a，18b)彼此串聯(lián)地連接到所述安全控制器(20)。
全文摘要
安全開(kāi)關(guān)(18a，18b)包含用于處理輸入信號(hào)的控制部分，并包含至少一個(gè)開(kāi)關(guān)元件，開(kāi)關(guān)元件具有至少一個(gè)啟用和一個(gè)停用開(kāi)關(guān)狀態(tài)?？刂撇糠直慌渲脼榭刂崎_(kāi)關(guān)元件，以便產(chǎn)生取決于輸入信號(hào)的輸出信號(hào)。另外，安全開(kāi)關(guān)具有用于識(shí)別功能故障的診斷功能，其中，控制部分被配置為當(dāng)識(shí)別出功能故障時(shí)將開(kāi)關(guān)元件轉(zhuǎn)換到停用狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)，控制部分還被配置為通過(guò)開(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生數(shù)據(jù)消息(96)，其中，該數(shù)據(jù)消息取決于所識(shí)別出的功能故障。
文檔編號(hào)H03K17/94GK1942994SQ200580011887
公開(kāi)日2007年4月4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, R·魯普 申請(qǐng)人:皮爾茨公司