專利名稱：安全斷開電力負載的安全開關裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于安全斷開電力負栽的安全開關裝置，具體地，在 自動設備中，包括至少一個連接信號裝置的輸入，包括評價和控制單元， 以及包括至少一個開關元件，其由所述評價和控制單元進行控制，以中斷 到所述負載的電源路徑，其中，所述評價和控制單元被設計為在定義的時 間情景中執(zhí)行功能測試，以檢查所述至少一個開關元件的開關功能。
背景技術：
例如，從DE 103 25 363 Al可以知道這樣的安全開關裝置。 當需要例如防止技術裝置或技術設備導致操作人員出現(xiàn)危險時，本發(fā) 明的安全開關裝置用于完全或部分關閉所迷裝置或所述i殳備。所述安全開 關裝置在用于連接諸如緊急關閉掩建、防護門開關或擋光板等一個或多個 信號裝置的輸入側(cè)具有一個或多個端子。在輸出側(cè)，所述安全開關裝置具 有至少一個開關元件，其能夠用來斷開通向所述裝置或所述設備的電源路 徑。所述評價和控制單元通常用于監(jiān)控包含所述已連接的信號裝置的整個 安全電路，并且，如果合適，用于開始安全斷開。
可以理解，隨著各個安全需求變得越來越迫切，安全開關裝置的技術 復雜度增加。例如，即使當所述安全開關裝置的輸出側(cè)的開關元件出現(xiàn)故 障時，本發(fā)明的安全開關裝置必須能夠關閉所述裝置和所述i殳備。在繼電 器的情況下，例如，將熔接觸點，從而不再能打開所述繼電器。晶體管將 被損壞，從而導致短路，阻止通向負載的電源路徑的斷開。為了處理這些 缺點，安全開關裝置通常被設計為具有多通路冗余，從而，例如，在一個 開關元件出現(xiàn)故障時，串聯(lián)排列的冗余開關元件能夠中斷所述電源路徑。然而，如果不能定期測試所述各個通路的適當操作，那么冗余措施本身不 能確保絕對的故障安全。
開始時提到的DE 103 25 363 Al公開了 一種具有評價和控制單元(在 那里稱為信號處理部分)的安全開關裝置，所述單元在操作期間進行有規(guī) 則的斷開測試，從而檢查所述輸出側(cè)的開關元件是否仍然能夠斷開通向所 述負載的電源路徑。所述評價和控制單元被設置為具有雙通路冗余，從而 可以處理所述安全開關裝置的信號處理部分中可能的故障。
DE 100 11 211 Al公開了具有雙通路冗余的安全開關裝置的另一個例 子。同樣在這種情況下，評價和監(jiān)控所述輸入側(cè)的信號裝置并驅(qū)動所述開 關元件的所述評價和控制單元，被設計為具有雙通路冗余。
這兩個已知的安全開關裝置是符合歐洲標準EN 954-1的類別3甚至類 別4要求或者根據(jù)ISO 13849-1或IEC 61508的可比安全要求的實施的典 型例子。然而，所述已知的安全開關裝置的主流冗余沒計是復雜和昂貴的。
本發(fā)明的申請者在市場中在品牌名稱PNOZ⑧Xl下推出了緊急關閉開 關設備，其在輸出側(cè)具有(相互串聯(lián)的)冗余的繼電器觸點，從而中斷通 向負載的電源路徑。然而，此外，所述PNOZ⑧Xl是沒有任何特殊診斷功 能的單通路設備。無需其它措施，因此僅對于根據(jù)EN954-1的安全類別2 的應用批準所述PNOZ⑧Xl 。

發(fā)明內(nèi)容
針對此背景，本發(fā)明的目的在于提供在開始時提到的類型的安全開關 裝置，通過它，至少可以符合歐洲標準EN954-1的類別2的要求(或可比 較的安全要求)，但是，可以以比符合這些要求的前述安全開關裝置更低 的成本以及更小的物理尺寸生產(chǎn)所述裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通過開始提到的類型的安全開關裝置實現(xiàn)本 目的，其中，將至少一個用于連接所述信號裝置的輸入進一步設計為用于 提供對所述至少一個開關元件進行操作所需要的供電電壓的輸入。
因此，所述新的安全開關裝置的特征在于用于連接所述信號裝置的輸入也是用于提供操作所述至少一個開關元件所需要的供電電壓的輸入。因 此，以這樣的方式將信號裝置連接到所述新的安全開關裝置，從而使得當 操作所述信號裝置時，用于所述至少一個開關元件的供電電壓也凈皮自動中 斷。對于具有一個或多個斷開觸點的信號裝置，可以很容易地實施此操作，其中所述斷開觸點在操作信號裝置時打開。然而，本發(fā)明不限于此，例如， 也可以為產(chǎn)生與電勢相關的輸出信號的信號裝置實施本發(fā)明。
在所述新的安全開關裝置的情況下，在相同時間和相同的路徑上傳送 用于操作所述至少一個開關元件的信息(來自信號裝置的消息信號)和電 力。用于所述至少一個開關元件的供電電壓的缺乏與安全要求所發(fā)生的信 息相同。與此相反，在一些符合相對嚴格的安全類別的常規(guī)安全開關裝置電電壓分開運送。由于在這種情況下相互分開運送所述信息(來自信號裝 置的消息信號)和電力，需要相對復雜的評價和控制單元， 一旦出現(xiàn)相應 信息(來自信號裝置的消息信號)，其就能確保中斷通向所述負載的電源 路徑。由于評價所述消息信號是安全關鍵任務，通常利用多通路冗余設計 用于所述已知的安全開關裝置的評價和控制單元。對于所述新的安全開關 裝置，不需要這樣的復雜性，從而可以顯著地更成本效率地進行生產(chǎn)。
另一方面，所述新的安全開關裝置具有這樣的評價和控制單元，其被 設計為執(zhí)行功能測試，從而監(jiān)控所述至少一個開關元件的開關功能。于是，所述新的安全開關裝置不同于諸如上述的PNOZ⑧Xl的簡單i殳備。然而， 由于所述新的評價和控制單元不再為從所述信號裝置向所述輸出側(cè)的開關 元件發(fā)送信息承擔自身的責任，所述評價和控制單元可以僅具有一個通路， 從而其被設計為相對成本效率。
總之，由于提供了所述開關元件的冗余斷開和已定義的功能測試，所 述新的安全開關裝置至少符合歐洲標準EN 954-1的類別3的要求(或者可 比較的安全要求)。另一方面，負責執(zhí)行所述功能測試的用于新的安全開 關裝置的評價和控制單元，相比現(xiàn)有技術中的安全開關裝置的情況，可以 顯著更簡單地并且顯著更成本效率地被進行生產(chǎn)。
因此，完全實現(xiàn)了上述目的。
在一種優(yōu)選例中，將所述至少一個輸入設計為提供所述評價和控制單 元的操作所需要的供電電壓。
大體上，經(jīng)由另一個(進一步)輸入為所述評價和控制單元提供所述 供電電壓是可行的.這可以使得即使當信號裝置發(fā)出安全要求的信號時， 所述評價和控制單元能夠保持操作，從而，根據(jù)本發(fā)明，中斷了所述至少 一個開關元件的供電電壓。然而，可以更容易地產(chǎn)生所述優(yōu)選實施例。這 樣也可以得到具有少量連接端子的實施，從而，例如，可以減小所述新的 安全開關裝置的外殼寬度。此外，此優(yōu)選例意味著在各個安全要求之后必 須重新初始化所述評價和控制單元，并且，這有助于對所迷評價和控制單 元進行自檢測。
在進一步優(yōu)選例中，所述安全開關裝置包括去耦網(wǎng)絡，其被設計為將 用于所述至少一個開關元件的供電電壓和用于所述評價和控制單元的供電 電壓相互去耦。
此優(yōu)選例避免了來自所述評價和控制單元上的負載電路的反作用。結 果，針對來自外界的干擾影響和由它們導致的故障，可以更好地保護所述 評價和控制單元。
在進一步優(yōu)選例中，所述去耦網(wǎng)絡包括第一延遲元件，從而使得用于 所述至少一個開關元件的供電電壓相對于用于所述評價和控制單元的供電 電壓有延遲。
在此優(yōu)選例中，用于所述至少一個開關元件的供電電壓和用于所述評 價和控制單元的供電電壓不僅在所述電路中相互去耦，而且在時間上也相 互分開。由于作為此優(yōu)選例的結果，所述評價和控制單元比所述至少一個 開關元件"更早地"接收到它的供電電壓，這樣確4呆了所述評價和控制單 元能夠在其驅(qū)動所述至少一個開關元件之前完成內(nèi)部自檢測。這樣更好地 防止了 ，地啟用通向所述負載的電源路徑。
在進一步優(yōu)選例中，所述安全開關裝置包括復位電路，其凈皮設計為一 旦所述供電電壓返回，則將所述評價和控制單元復位為已定義的開始狀態(tài)。
此優(yōu)選例使得可以利用(單通路)微控制器、微處理器等更容易地生 產(chǎn)所述評價和控制單元。 一旦電壓返回就強制進行復位，確保所述評價和 控制單元總是從同一個已定義的開始位置啟動。這樣確保了在關閉通向所 述負載的電源路徑之前的各個場合，所述評價和控制單元可以通過其自檢 測完整地運行。結果，可以將所述評價和控制單元容易地設計為單通路i殳 備。
在進一步優(yōu)選例中，所述評價和控制單元是單通路評價和控制單元。 此優(yōu)選例受益于上述功能，并使得尤其成本效率地實施所述新的安全 開關裝置。
在進一步優(yōu)選例中，所述評價和控制單元包括微控制器，其被設計為 在已定義的時間情景，具體地，在關閉通向所述負栽的所述電源路徑之前， 執(zhí)行所述功能測試。
此處使用的術語"樣i控制器"與至少能由制造商定義功能范圍的類似 組件同義。因此，其不限于狹義的樣t控制器，而是覆蓋了，例如，具有或
者不具有外部存儲器或者其它可編程組件的^L處理器。此優(yōu)選例使得可以 簡單且成本效率地實施所述新的安全開關裝置。例如，這樣可以成本效率
地生產(chǎn)安全開關裝置，其用于不同類型的信號裝置以;5i/或者與不同類型的 開關元件結合使用。
在進一步優(yōu)選例中，所述安全開關裝置包括第二延遲元件，其,皮i殳計 為對于從所述供電電壓的應用所測量的已定義時間間隔阻擋在所述評價和 控制單元和所述至少一個開關元件之間的連接。
即使當單通路評價和控制單元驅(qū)動所述至少一個開關元件時，此優(yōu)選 例也有助于防止通向負載的所述電源路徑的過早和/或故障關閉。結合上述 優(yōu)選例，當啟動負載時此結果更好。
在進一步優(yōu)選例中，所述新的安全開關裝置包括相互串聯(lián)排列的至少 兩個開關元件，從而，基于冗余，中斷通向所述負載的電源路徑，并且所 述評價和控制單元^皮設計為，為所述至少兩個開關元件中的第 一個產(chǎn)生第 一動態(tài)控制信號，并為所述至少兩個開關元件中的第二個產(chǎn)生第二(特別
地)靜態(tài)控制信號。
本發(fā)明的優(yōu)選例在所述負載電路中使用冗余開關元件，使得即使在開 關過程期間所述開關元件之一出現(xiàn)故障時，也能夠斷開所述負栽。此外， 然而，可以以相互不同的方式驅(qū)動所述至少兩個冗余開關元件，也即是說， 兩個控制信號相互不同。從而所述新的安全開關裝置不太可能出現(xiàn)故障。 特別優(yōu)選地，控制信號之一是動態(tài)信號，而另一個控制信號則是靜態(tài)信號。 這是因為通過孩t控制器或其它可比的組件可以非常容易地產(chǎn)生這兩種類型 的控制信號，在這種情況下，由于所述控制信號的不同性質(zhì)，極難出現(xiàn)同 時錯誤控制所述冗余開關元件的情況。
在進一步優(yōu)選例中，所述至少 一個開關元件是具有至少兩個相互替4戈 的開關路徑的轉(zhuǎn)換開關，其中，第一開關路徑位于通向所述負載的電源路 徑，而第二開關路徑通向監(jiān)控單元。
此優(yōu)選例本身代表了對現(xiàn)有技術的安全開關裝置的發(fā)明性改進，尤其 在于，其使得可以成本效率地生產(chǎn)所述新的安全開關裝置，具體地，輸出 與固定電勢無關。原因在于，使用轉(zhuǎn)換開關使得可以使用"簡單的"轉(zhuǎn)換 繼電器，而不是具有正導向的斷續(xù)觸點的更昂貴、更大的繼電器。因此，
此優(yōu)選例可以得到非常成本效率的、并且物理體積;[艮小的安全開關裝置，
通過此裝置可以符合歐洲標準EN 954-1的至少類別3或者可比的安全級 別。
勿須贅言，上述的特征以及以下文本中將進行解釋的特征不僅可用于 所述各個組合，而且，無需脫離本發(fā)明的范圍，也可用于其它組合或本身 進行單獨使用。


在以下描述中將詳細解釋本發(fā)明的示例性實施例，并在附圖中進行闡 明，其中
圖1示出了基于自動化進行操作的設備例子的自動機，其具有所述新 的安全開關裝置；
圖2示出了所述新的安全開關裝置的第一示例性實施例的示意圖；以及
圖3示出了一些時序圖，用來解釋所述新的安全開關裝置的一種示例 性實施例的操作方法。
具體實施例方式
在圖1中，用參考數(shù)字IO表示所述設備，其基于自動化進行操作，并 且，在其中使用了所述新的安全開關裝置。
在這種情況下，設備10包括自動機12，由具有防護門14的防護欄保 護其工作區(qū)域。由防護門傳感器16檢測防護門14的開關位置。所述防護 門傳感器包括笫一部分16a，其連接到防護門14的移動部分，以及第二部 分16b，其在防護門14的靜態(tài)框架上。在一個示例性實施例中，第一部分 16a包括應答器，僅當防護門關閉時，其可由第二部分16b (讀取器)進行 識別和評價。然而，本發(fā)明不限于此類型的防護門傳感器，此外，也不限 于作為信號裝置的防護門傳感器。利用諸如緊急關閉M、轉(zhuǎn)速傳感器、 擋光板等其它信號裝置，也可以一樣好地使用本發(fā)明。
參考數(shù)字18表示根據(jù)本發(fā)明的安全開關裝置。當防護門14打開時， 使用此安全開關裝置關閉自動機12。
此處示出的設備10具有緊急關閉拾建20作為另一個信號裝置。由根 據(jù)本發(fā)明的另一個安全開關裝置22評價緊急關閉掩建20。所闡明的示例 性實施例中的安全開關裝置18和22各自具有與固定電勢無關的輸出(將 在后文中參考圖2對此進行詳細解釋)，其相互串聯(lián)，從而形成AND邏 輯操作。
兩個接觸器24、 26排列在所述邏輯鏈的一端，在這種情況下，其處于 安全開關裝置22的輸出側(cè)，并且它們使得觸點在通向自動機12的電源路 徑28中再一次相互串聯(lián)。兩個接觸器24、 26的觸點是閉合觸點，也即是 說，僅當比接觸器24、 26的吸合或吸持電壓(pull-in or holding voltage ) 更高的工作電壓激勵接觸器24、 26的輸入電路時，它們閉合。例如，工作電壓30是24伏特，并且，在此示例性實施例中，經(jīng)由安全開關裝置18 和22的串聯(lián)輸出觸點通至接觸器24、 26。當防護門14打開并且/或者操作 緊急關閉^20時，安全開關裝置18、 22中斷所述電流通路，其中，經(jīng) 由所述電流通路將接觸器24、 26的輸入電路連接到工作電壓30。于是， 接觸器24、 26啟動，而自動機12關閉。接觸器24、 26和(間接地)自動 機12就是本發(fā)明中的負載。
勿須贅言，此處闡明的設備10是簡化形式。具體地，此處僅闡明了兩 個簡單的安全電路，其用來關閉自動機12。實際上，通常存在進一步的安 全電路。例如，接觸器24、 26通常也具有正開啟的斷開觸點，其被反饋到 安全開關裝置18、 22中的至少一個，從而防止當接觸器24、 26中的一個 已被熔接時啟動自動機12。此外，通常提供操作控制系統(tǒng)(在此未示出)， 其控制自動機12的正常操作過程。
圖2示出了安全開關裝置22的進一步細節(jié)。原則上可以以相同的方式 設計安全開關裝置18，或者其也可以具有雙通路評價和控制單元，以及常 規(guī)類型的輸出。
在緊湊設備外殼36中以就其本身而言已知的方式排列安全開關裝置 22的組件。外殼36具有例如螺絲接線端或彈簧接線端形式的端子。參考 數(shù)字38、 40表示兩個連接，在這種情況下，使用它們連接緊急關閉皿 20，并向安全開關裝置22提供供電電壓42。在這種情況下，將供電電壓 42闡明為DC電壓，并經(jīng)由緊急關閉掩睫20的各個斷開觸點連接到連接 點38、 40?？蛇x地，電壓42原則上也可以是AC電壓。
參考數(shù)字46、 48表示兩個進一步的連接端子，包括啟動按鍵50和兩 個斷開觸點52、 54的串聯(lián)電路連接到所述兩個連接端子。斷開觸點52屬 于圖1所示的接觸器24，并且正導向到接觸器24的閉合觸點。斷開觸點 54以同樣的方式正導向到接觸器26的閉合觸點。
此處闡明的安全開關裝置22具有全部四個開關元件56、 56，、 58、 58'。 開關元件56、 58和56'、 58，分別相互串聯(lián)，并形成兩個電源路徑，經(jīng)由所 述通路驅(qū)動兩個接觸器24、 26。簡潔起見，僅部分地闡明具有開關元件56'、58'的第二電源路徑，具體地，沒有與開關元件56'、 58，的驅(qū)動有關的細節(jié)。 然而，以與驅(qū)動開關元件56、 58相同的方式驅(qū)動開關元件56'、 58'。因此， 除非相反i兌明，以下的解釋也適用于開關元件56，、 58'。
在這種情況下，開關元件56、 58是轉(zhuǎn)換開關的形式。各個開關元件 56、 58具有三個連接點60、 62、 64，在這種情況下，簡明起見，僅為開關 元件56標出。三個連接點60、 62、 64形成兩個相互替代的開關路徑。第 一開關路徑66在連接點62和64之間延伸(圖2中用虛線表示)。第二個 替代的開關路徑68從連接點60延伸到連接點64 (用實線表示)。因此， 連接點64形成替代的開關路徑66、 68的公共根節(jié)點。在任意一個時間， 在各個情況下，開關路徑66、 68中僅有一個被關閉。另一個則打開。
本發(fā)明一個示例性實施例中的轉(zhuǎn)換開關56、 58是各自具有一個觸點的 轉(zhuǎn)換繼電器，其中，所述觸點在連接點60、 62之間切換。在進一步示例性 實施例中，然而，所述轉(zhuǎn)換開關也可以是半導體開關元件的形式，或者至 少通過半導體開關元件實現(xiàn)。
開關元件56的連接點62連接到安全開關裝置22的外殼36上的一個 端子70。開關元件58的連接點66以同樣的方式連接到安全開關裝置22 的外部端子72。兩個開關元件56、 58的根節(jié)點64相互串聯(lián)。因此，兩個 開關元件56、 58的第一開關路徑66在安全開關裝置22的連接點70、 72 之間提供了電源路徑，作為開關元件56、 58的開關位置的功能，此通路可 以被關閉或中斷。同樣，開關元件56'、 58，表示在安全開關裝置22的連接 端子74、 76之間的第二電源路徑。在圖l所示的應用中，向連接點70、 74提供工作電壓30，可以與此處描述的方式相同，其被通至安全開關裝置 18。
所有四個開關元件56、 56，、 58、 58，的第二開關路徑68在此示例性實 施例中相互串聯(lián)，并且該串聯(lián)電路連接到監(jiān)控單元，在圖2中用參考數(shù)字 78指示所述監(jiān)控單元。監(jiān)控單元78具有兩個通路，如圖2中示意性指明。 然而，也可以利用單通路實現(xiàn)監(jiān)控單元78。監(jiān)控單元78的目標在于將測 試信號80饋送到由開關元件56、 58、 56'、 58'的第二開關路徑68形成的串聯(lián)電路。如果監(jiān)控單元78能夠經(jīng)由開關路徑讀回測試信號80，則意味 著所有開關元件都在圖2所示的開關位置。因而，中斷通向接觸器24、 26 的電源路徑。
監(jiān)控單元78連接到微控制器82，微控制器82表示本發(fā)明的評價和控 制單元。根據(jù)一個優(yōu)選示例性實施例，僅提供一個微控制器82，盡管本發(fā) 明不限于此。微控制器82凈皮設計為設置開關元件56、 58、 56'、 58'的開關 位置。此外，其以下文所述的方式執(zhí)行功能測試，從而檢查開關元件56、 58、 56'、 58'的開關操作。
為了進行開關，開關元件56、 58需要供電電壓，該電壓被施加于線路 84或電容器86。在這種情況下，在84、 86的供電電壓主要對應于施加于 安全開關裝置22的端子38、 40的供電電壓42。經(jīng)由開關元件56、 58的 輸入電路并經(jīng)由各個晶體管90、 92傳送線路84上的電壓。晶體管90、 92 使得微控制器82關閉或中斷各個開關元件56、 58的激勵電路。當所述激 勵電路關閉且向電容器86或線路84提供比開關元件56、 58的吸合電壓更 高的供電電壓時，轉(zhuǎn)換開關被轉(zhuǎn)接到第一開關路徑66。如果線路84上沒 有供電電壓(或者這種情況下所述電壓低于開關元件的吸持電壓)或者微 控制器82通過晶體管90、 92中斷所述激勵電路，開關元件回到它們的缺 省開關位置，在其中，第二開關路徑68關閉。然后，中斷通向接觸器24、 26的電源路徑。
參考數(shù)字88表示電壓和復位電路，在該電路這種情況下包括調(diào)壓器 (未分別示出)，其使用一般的供電電壓42產(chǎn)生用于樣i控制器82的單獨 的供電電壓。另外，所述電壓和復位電路88確保一旦所述電壓在端子38、 40返回(復位功能)，微:控制器82就以已定義的方式啟動。在一個示例 性實施例中，所述電壓和復位電路也包含脈沖生成器(未分別示出)，其 連接到微控制器82的復位輸入。從而，從作用于安全開關裝置22的輸入 的供電電壓42得到用于耀:控制器82和用于開關元件56、 58的供電電壓。 提供去耦網(wǎng)絡94，從而對所述兩個內(nèi)部隔離的供電電壓去耦，并且在本示 例性實施例中，去耦網(wǎng)絡94包含二極管以及與電容器86—起形成RC元件的電阻器95。電阻器95控制對電容器86進行完全充電的充電時間。RC 元件包括電阻器95和電容器86,從而形成延遲元件，其確保僅在從供電 電壓42對端子38、 40的施加測量的特定延遲之后，用于開關元件56、 58 的供電電壓才到達。
參考數(shù)字96表示所謂的監(jiān)視器(看門狗)，其包含第二延遲元件。使 用監(jiān)視器96 —方面以就其本身而言已知的方式監(jiān)控孩i控制器82的操作。 為此，監(jiān)視器96等待有規(guī)律的復發(fā)脈沖(recurring pulse)，這必須從微 控制器82提供。此外，監(jiān)視器96連接到多個AND門98，通過它能夠抑 制將所述控制信號從微控制器82發(fā)送到晶體管90、 92。
在此示例性實施例中，不一樣地驅(qū)動開關元件56、 58,即是說，通過 相互不同的控制信號驅(qū)動它們。在這種情況下，通過樣i控制器82在輸出 100處產(chǎn)生的動態(tài)控制信號(已定義的脈沖序列)驅(qū)動開關元件56 (以及 開關元件56')。經(jīng)由AND門和電容器102將控制信號100傳送到晶體管 90。僅當微控制器82在輸出100以預想的頻率和預想的幅度產(chǎn)生脈沖序列 并且監(jiān)控器96將此脈沖序列發(fā)送到電容器102時，晶體管90被開關為開。
相反，由微控制器82通過靜態(tài)信號104驅(qū)動開關元件58、 58'。可選 地，也可以利用動態(tài)信號驅(qū)動各個開關元件56、 58或利用靜態(tài)信號驅(qū)動各 個開關元件56、 58，在這種情況下，優(yōu)選地，通常控制信號100、 104相 互不同。
在根據(jù)IEC 62061的轉(zhuǎn)換開關56、 58的故障分析中，需要考慮以下故
障
1. 盡管所述輸入電路是去激勵的(未被驅(qū)動)，轉(zhuǎn)換開關56、 58保持 在受激勵的(第一)開關位置66。
2. 不論所述輸入電路的激勵怎樣，轉(zhuǎn)換開關56、 58不改變到第一開關 位置66，而是保持在第二缺省開關位置68。
3. 所有連接點60、 62、 64之間存在短路。
可以在關閉通向所述負載的電源路徑之前，利用監(jiān)控單元78與微:控制 器82—起測試轉(zhuǎn)換開關56、 58的開關操作來處理所述故障。為此，監(jiān)控
單元78產(chǎn)生測試信號80,并將其饋送給包括第二開關路徑68的串聯(lián)電路。 如果所有連接的轉(zhuǎn)換開關都處于它們的去激勵的缺省狀態(tài)，則監(jiān)控單元78 必須能夠讀回測試信號80。在下一步中，例如，樣l控制器82開關轉(zhuǎn)換開 關56?，F(xiàn)在，如果沒有任何故障并且連接點60、 62、 64之間沒出現(xiàn)短路， 所述轉(zhuǎn)換開關就進行了開關，則不必再讀回測試信號80。 一旦通過了此測 試，所述監(jiān)控單元連續(xù)地檢查其它轉(zhuǎn)換開關。如果在某種測試情況下可以 讀回測試信號80，則已經(jīng)出現(xiàn)了上述故障之一。監(jiān)控單元78適當?shù)赝ㄖ?微控制器82，防止關閉通向接觸器24、 26的電源路徑。相反，如果所有 轉(zhuǎn)換開關都通過了所述測試，則可以關閉通向接觸器24、 26的電源路徑。 如果這種情況下某個轉(zhuǎn)換開關沒有轉(zhuǎn)接到第一開關路徑66，則不能接入已 連接的負栽。因此，無論(未測試的)故障如何，都可以確保安全狀態(tài)。
在圖3的時序圖中再一次圖形化闡明了所述操作方法。頂部的時間曲 線110示出了，無論當整個設備被切換為開啟還是關閉緊急關閉皿20 時，將供電電壓42施加于安全開關裝置22。假設在時刻h操作緊急關閉 按鍵20，從而將供電電壓42從安全開關裝置22斷開。
第二時間曲線112示出了用于微控制器82的供電電壓，其通過電壓和 復位電路88產(chǎn)生。在將所述供電電壓施加于微控制器82之后(或復位之 后)的第一時間間隔114期間，微控制器82執(zhí)行內(nèi)部功能測試，這可從安 全開關裝置中微控制器的操作得知。
第三時間曲線116示出了在開關元件56、 58的激勵電路的供電電壓的 曲線。在這種情況下，因為RC延遲元件95、 86的時間響應，最開始提供 的電壓更慢地增加。選擇所述組件，使得直到微控制器82完成其內(nèi)部自檢， 才將所述供電電壓全部作用于開關元件56、 58。
第四時間曲線118示出了在監(jiān)控器96的輸出信號。使用此信號將孩吏控制器82的輸出100、 104連接到晶體管90、92從而到開關元件56、 58。 因此，在時刻t2之前，微控制器82不能驅(qū)動開關元件56、 58。
第五個曲線示出了測試信號80，監(jiān)控單元78將其饋送到包含了第二 開關路徑68的電路。
然后，在接下來的兩個圖中示出了用于開關元件56、 58的控制信號 100和104。首先，分別為時間間隔120或122啟動控制信號，其中，時間 間隔120、 122相互存在偏移。另外，在時間間隔120、 122中，控制信號 與測試信號80同時出現(xiàn)。如果在時間間隔120、 122期間，不能再由監(jiān)控 單元78讀回測試信號80,如圖3中示意性指出，則相應開關元件56、 58 的開關成功。在成功完成所述測試之后，樣t控制器82能夠?qū)㈤_關元件56、 58切換到它們的第一開關位置66,并且能夠以此方式關閉通向接觸器24、 26的電源路徑(時刻t3)。
最后，底部的圖示出了接觸器24、 26的輸入電路上的工作電壓30的 曲線124。在時刻t3之后接觸器24、 26能夠吸合，而自動機12開始工作。 如果緊急關閉M20在時刻h被操作，則用于開關元件56、 58的供電電 壓消失(在電容器86的放電時間之后，此處忽略)。此外，用于開關元件 56、 58的控制信號100、 104消失。這兩個事件都導致通向接觸器24、 26 的電源路徑被中斷，
在進一步的示例性實施例中，能夠?qū)⒈O(jiān)控單元78的功能性至少部分地 集成在微控制器82中。例如，優(yōu)選地，可以經(jīng)由光耦合器、電容耦合或者 電感耦合將來自樣i控制器82的測試信號80注入到第二開關路徑的監(jiān)控電 路中。例如，此處標示為監(jiān)控單元78的部分可以包括光耦合器或變壓器。
此外，本發(fā)明的示例性實施例可包括轉(zhuǎn)換開關56、 58，其各自具有多 個并聯(lián)的開關觸點。在這種情況下，可以并聯(lián)用于監(jiān)控單元78的讀回路徑。
此外，轉(zhuǎn)換開關56、 58可以各自具有專用的監(jiān)控單元78，其為各個 轉(zhuǎn)換開關產(chǎn)生特定的測試信號。然后，大量監(jiān)控單元連接到樣t控制器82， 從而向微控制器82通知所述功能測試的結果。此外，轉(zhuǎn)換開關56、 58的 第二開關路徑可以相互串聯(lián)，而轉(zhuǎn)換開關56，、 58'的第二開關路徑形成第 二串行電路，其與包括轉(zhuǎn)換開關56、 58的串聯(lián)電路分開形成。
最后，還可以利用在安全開關裝置22的輸出的"常規(guī)，，開關元件實現(xiàn) 本發(fā)明，如DE100 11211 Al中所述，這與是否存在正導向的繼電器或半 導體開關元件無關。
權利要求
1.一種用于安全斷開電力負載(24、26)的安全開關裝置，具體地，其在自動設備(10)中，該裝置包括至少一個用于連接信號裝置(16；20)的輸入(38、40)，包括評價和控制單元(82)，并且包括至少一個開關元件(56、58)，該元件由所述評價和控制單元(82)控制，以中斷通向所述負載(24、26)的電源路徑，其中，所述評價和控制單元(82)被設計為在已定義的時間場合中進行功能測試(120、122)，以檢查所述至少一個開關元件(56、58)的開關功能，其特征在于，用于連接所述信號裝置(16；20)的所述至少一個輸入(38，40)被進一步設計為用來提供操作所述至少一個開關元件(56、58)所要求的供電電壓(42)的輸入。
2. 根據(jù)權利要求l所述的安全開關裝置，其特征在于，所述至少一 個輸入(38、 40)被進一步設計為提供操作所述評價和控制單元(82)所 要求的供電電壓(42)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的安全開關裝置，其特征在于，去耦網(wǎng)絡 (94)，其被設計為將用于所述至少一個開關元件(56、 58)的供電電壓 (84 )和用于所述評價和控制單元(82 )的供電電壓相互去耦。
4. 根據(jù)權利要求3所述的安全開關裝置，其特征在于，所述去耦網(wǎng) 絡(94)包括第一延遲元件(86、 95)，從而相對于用于所述評價和控制 單元(82)的供電電壓延遲用于所述至少一個開關元件(56、 58)的供電 電壓(84)。
5. 根據(jù)權利要求1-4之一所述的安全開關裝置，其特征在于，復 位電路(88),其被設計為每當所述供電電壓(42)返回時，將所述評價 和控制單元(82)復位為已定義的開始狀態(tài)。
6. 根據(jù)權利要求1-5之一所述的安全開關裝置，其特征在于，所 述評價和控制單元(82)是單通路評價和控制單元。
7. 根據(jù)權利要求1-6之一所述的安全開關裝置，其特征在于，所 述評價和控制單元(82)包括微控制器，該微控制器被設計為在所述已定義的時間場合，具體地，在關閉通向所述負載(24、 26)的所述電源路徑 之前，進行所述功能測試(120、 122)。
8. 根據(jù)權利要求1-7之一所述的安全開關裝置，其特征在于，第 二延遲元件(96)，其被設計為對于從所述供電電壓(42)的施加所測量 的已定義時間間隔阻擋在所述評價和控制單元(82)和所述至少一個開關 元件(56、 58)之間的連接。
9. 根據(jù)權利要求1-8之一所述的安全開關裝置，其特征在于，相 互串聯(lián)排列的至少兩個開關元件(56、 58)，從而，基于冗余，中斷通向 所迷負栽(24、 26)的電源路徑，并且所述評價和控制單元(82),皮i殳計 為，為所述至少兩個開關元件中的第一個(56)產(chǎn)生第一動態(tài)控制信號(100)，并為所述至少兩個開關元件中的第二個(58)產(chǎn)生笫二，特別地， 靜態(tài)控制信號(104 )。
10. 根據(jù)權利要求1-9之一所述的安全開關裝置，其特征在于，所 述至少一個開關元件(56、 58)是具有至少兩個相互替代的開關路徑(66、 68)的轉(zhuǎn)換開關，其中，第一開關路徑(66)位于通向所述負載(24、 26) 的電源路徑，而第二開關路徑(68)通向監(jiān)控單元(78)。
全文摘要
用于安全斷開電子負載的安全開關裝置，具有用于連接信號裝置(20)的至少一個輸入(38、40)。所述安全開關裝置進一步具有評價和控制單元(82)以及至少一個開關元件(56，58)，該開關元件可由所述評價和控制單元(82)進行控制，從而中斷通向所述負載的電源路徑。所述評價和控制單元(82)被設計為，在已定義的時間場合進行功能測試，從而檢查所述至少一個開關元件(56、58)的至少一個開關功能。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，將用于連接所述信號裝置(20)的所述至少一個輸入(38、40)設計為用于提供操作所述至少一個開關元件(56、58)所要求的供電電壓(42)的輸入。
文檔編號H01H47/00GK101203930SQ200680017774
公開日2008年6月18日 申請日期2006年3月3日 優(yōu)先權日2005年3月22日
發(fā)明者T·尼切 申請人:皮爾茨公司