專利名稱：具有通用信號輸入的安全性切換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以失效保護(hù)方式激勵致動器的安全性切換設(shè)備，并且還涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的安全性切換設(shè)備的緊急關(guān)斷電路。
背景技術(shù)：
安全性切換設(shè)備以及特別地安全性繼電器是旨在確保在工業(yè)處理環(huán)境中工作的人的安全性的裝置。例如，安全性繼電器用于檢測緊急關(guān)斷開關(guān)或其它機(jī)械鎖閉開關(guān)(諸如守衛(wèi)門的互鎖開關(guān)或限位開關(guān)等)的打開。此外，安全性繼電器還用于處理電敏保護(hù)設(shè)備(諸如光幕或光柵等)的輸出信號。通常，所有安全性設(shè)備必須被設(shè)計為滿足用世界范圍采用的安全性標(biāo)準(zhǔn)定義的嚴(yán)格要求。這些標(biāo)準(zhǔn)旨在實(shí)現(xiàn)特別地通過應(yīng)用冗余性、多樣性以及監(jiān)控原理實(shí)現(xiàn)的高可靠性。 例如，安全性繼電器提供內(nèi)部檢查或故障狀況，諸如安全性開關(guān)的觸點(diǎn)被阻塞、焊接或卡住等。此外，已經(jīng)具有用于雙通道安全性繼電器的冗余常閉安全性觸點(diǎn)的安全性開關(guān)(比如限位開關(guān))附加地具有用于狀態(tài)指示的輔助觸點(diǎn)。另一方面，電敏保護(hù)設(shè)備一般具有所謂的輸出信號切換設(shè)備(outputsignal switching device，0SSD)，用于生成待連接到安全性繼電器的輸入的輸出信號。這些半導(dǎo)體輸出(以下將稱為0SSD)被提供作為保護(hù)單元(諸如光柵或安全性激光掃描儀等)的安全性切換輸出。當(dāng)保護(hù)區(qū)域受破壞時，安全性傳感器將OSSD切換到關(guān)(OFF)狀態(tài)。因此， 發(fā)起任一危急狀態(tài)或機(jī)器的關(guān)閉。如周知的那樣，每個安全性傳感器具有以兩個通道形式彼此獨(dú)立地評價的兩個并行OSSD輸出。例如，電敏保護(hù)設(shè)備的端子經(jīng)由兩個OSSD輸出根據(jù)EN 954-1的類別3 (根據(jù)EN ISO 13849-1的性能級別d)連接到安全性繼電器或安全性控制器。安全性傳感器發(fā)送狀態(tài)信息“保護(hù)場自由”，其將由安全性控制設(shè)備或安全性繼電器評價。當(dāng)使用如圖6和圖8所示的常規(guī)安全性切換設(shè)備200時，必須通過改變在配置單元201處的設(shè)置來確定半導(dǎo)體輸出(OSSD)或緊急關(guān)斷電路(諸如保護(hù)門等)是否要與切換設(shè)備200的安全性輸入端S12、S22耦合。這是因為OSSD的半導(dǎo)體輸出執(zhí)行與各個引線之間的任何短路相關(guān)的固有自身測試。因此，通過電敏保護(hù)設(shè)備110，僅必須配備安全性繼電器200的安全性輸入端，用于執(zhí)行其自身硬件的自身測試。如圖6所示，常規(guī)安全性設(shè)備200具有配置單元201，配置單元201例如包括開關(guān) 204，其根據(jù)安全性設(shè)備200是連接到具有OSSD半導(dǎo)體輸出的光幕110還是用在緊急關(guān)斷電路內(nèi)來選擇不同的操作模式，圖8示出該情況。與本發(fā)明相對照，當(dāng)該配置被設(shè)置用于緊急停止操作時，光幕110或輸入端子Sll、S22提供跨線故障監(jiān)控。圖6的應(yīng)用環(huán)境中的安全性繼電器200期待在輸入端子處的靜態(tài)24V信號。另一方面，當(dāng)將安全性切換設(shè)備200與安全性關(guān)斷電路連接時，安全性切換設(shè)備具有監(jiān)控針對任何可能交叉電路的輸入導(dǎo)體的任務(wù)。例如，已知的緊急關(guān)斷電路使用在緊急關(guān)斷電路內(nèi)發(fā)送的鐘控信號，這例如圖8和圖9示出。在該常規(guī)布置方式中，如果尚未產(chǎn)生故障狀況，則端子Sll和S21輸出以未改變模式發(fā)送到安全性輸入端S12、S22的極性完全相反的鐘控信號。安全性設(shè)備將該信號圖案識別為安全狀態(tài)。然而，根據(jù)圖6和圖8的安全性切換設(shè)備200必須具有用于根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域選擇設(shè)置的配置，或者必須具有每個都針對不同類型應(yīng)用而被配置的多個不同輸入。然而，這種配置是昂貴的，并且還增加了安裝安全性系統(tǒng)的支出。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在克服上面提出的問題。特別地，本發(fā)明的目的在于提供一種安全性切換設(shè)備以及一種緊急關(guān)斷電路，包括這樣的安全性設(shè)備可以普便用在不同的安全性電路內(nèi)而無需根據(jù)各個應(yīng)用領(lǐng)域來設(shè)置不同的配置。由獨(dú)立權(quán)利要求限定的本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思形成用于緊急關(guān)斷電路的輸出信號的鐘控安全性輸出Sll和S21輸出與常規(guī)OSSD信號相同的脈沖圖案。因此，安全性輸入端S12、S22總是接收相同信號，而不管與安全性切換設(shè)備的輸入連接的傳感器的種類如何。無需任何設(shè)置的改變。根據(jù)本發(fā)明，針對安全性輸出端Sll和S21的正確運(yùn)行來監(jiān)控安全性輸出端Sll 和S21。這是必須的，因為輸入端子不執(zhí)行任何交叉電路監(jiān)控。根據(jù)本發(fā)明，在不同時刻在短時段期間關(guān)斷安全性輸出端Sll和S21。將安全性輸出端子Sll和S21的狀態(tài)反饋到安全性設(shè)備的控制器。在對M伏特或0伏特的短路或接觸的情況下，檢測到該故障狀況，并且安全性設(shè)備將安全性輸出切換到預(yù)定安全狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于以失效保護(hù)方式激勵致動器的安全性切換設(shè)備，所述安全性切換設(shè)備包括至少一個第一安全性輸入端和第二安全性輸入端，用于接收第一輸入信號和第二輸入信號；至少一個第一安全性輸出端和第二安全性輸出端，用于發(fā)送第一輸出信號和第二輸出信號；控制單元，用于評價所述輸入信號并且生成所述輸出信號；其中，所述第一安全性輸出端和第二安全性輸出端還包括用于將所述輸出信號耦合回到控制單元的反饋環(huán)路，所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸出信號的測試?yán)?。?yōu)選地，所述測試?yán)贪P(guān)斷所述輸出信號中的一個輸出信號預(yù)定時間段。優(yōu)選地，所述輸出信號被生成為具有與電敏保護(hù)設(shè)備的輸出信號切換設(shè)備的輸出信號相一致的模式。優(yōu)選地，所述第一安全性輸入端和第二安全性輸入端與至少一個電平轉(zhuǎn)換單元耦合，以及所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸入信號的測試?yán)?。?yōu)選地，在通過24V或OV檢測到跨線故障或短路時，所述安全性輸出端被設(shè)置為安全狀態(tài)。優(yōu)選地，所述控制單元包括被配置為監(jiān)控彼此運(yùn)作的至少兩個冗余微控制器。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種緊急關(guān)斷電路，包括安全性切換設(shè)備，具有用于接收第一輸入信號和第二輸入信號的至少一個第一安全性輸入端和第二安全性輸入端，用于發(fā)送第一輸出信號和第二輸出信號的至少一個第一安全性輸出端和第二安全性輸出端，以及用于評價所述輸入信號并且生成所述輸出信號的控制單元，至少一個兩通道緊急關(guān)斷開關(guān)，連接在所述安全性輸入端與所述安全性輸出端之間，所述開關(guān)能夠在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間動作，其中，所述第一安全性輸出端和第二安全性輸出端中的每一個都進(jìn)一步包括用于將所述輸出信號耦合回到所述控制單元的反饋環(huán)，所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸出信號的測試?yán)?。?yōu)選地，所述至少一個緊急關(guān)斷開關(guān)具有兩組常閉觸點(diǎn)，所述兩組常閉觸點(diǎn)彼此機(jī)械地連接并且能夠被驅(qū)動以進(jìn)入斷開狀態(tài)。優(yōu)選地，所述測試?yán)贪P(guān)斷所述輸出信號中的一個輸出信號預(yù)定時間段。優(yōu)選地，所述輸出信號被生成為具有與電敏保護(hù)設(shè)備的輸出信號切換設(shè)備的輸出信號相一致的模式。優(yōu)選地，所述第一安全性輸入端和第二安全性輸入端與至少一個電平轉(zhuǎn)換單元耦合，以及所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸入信號的測試?yán)?。?yōu)選地，在通過24V或OV檢測到跨線故障或短路時，所述安全性輸出端被設(shè)置為安全狀態(tài)。


為了實(shí)現(xiàn)前述和有關(guān)目的，在此結(jié)合以下描述以及附圖來描述所公開的發(fā)明的某些示例性方面。這些方面僅表示了其中可以采用在此公開的原理的各種方式中的一些，然而其旨在包括所有方面及其等同物。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，其它優(yōu)點(diǎn)和新特征將從以下詳細(xì)描述變得清楚。圖1示出當(dāng)在緊急關(guān)斷電路中應(yīng)用時根據(jù)本發(fā)明的安全性設(shè)備的示意圖；圖2示出在圖1的安全性設(shè)備的輸出端子處的信號圖案；圖3示出當(dāng)與光幕連接時本發(fā)明的安全性設(shè)備的示意圖；圖4示出從光幕輸入到安全性設(shè)備的安全性輸入端子的信號；圖5示出安全性輸入端的電路圖；圖6示出當(dāng)與光幕連接時已知的安全性設(shè)備的示意圖；圖7示出光幕輸出的信號；圖8示出當(dāng)在緊急關(guān)斷電路中連接時已知的安全性設(shè)備的示意圖；圖9示出在圖8的常規(guī)安全性設(shè)備的輸出端子處的時鐘信號。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參照附圖描述本發(fā)明，其中，相似的標(biāo)號通篇用于指相似的元件。在以下描述中，為了說明，闡述大量具體細(xì)節(jié)，以提供其透徹理解。然而，可以理解，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，公知結(jié)構(gòu)和設(shè)備以框圖形式示出以便于其描述。如在本申請中使用的那樣，術(shù)語“組件”、“系統(tǒng)”、“設(shè)備”、“接口”、“網(wǎng)絡(luò)”等旨在指代計算機(jī)有關(guān)實(shí)體，要么是硬件、硬件和軟件的組合、軟件、要么是執(zhí)行中的軟件。例如，組件可以但不限于是在處理器上運(yùn)行的處理、或處理器、硬盤驅(qū)動器、(光和/或磁存儲介質(zhì)的)多個存儲驅(qū)動器、對象、可執(zhí)行內(nèi)容、執(zhí)行線程、程序和/或計算機(jī)、工業(yè)控制器、繼電器、傳感器和/或可變頻率驅(qū)動器。通過示例的方式，在服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用以及服務(wù)器都可以是組件。一個或更多個組件可以駐留在執(zhí)行的處理和/或線程內(nèi)，以及組件可以位于一臺計算機(jī)上和/或分布在兩臺或更多臺計算機(jī)之間。除了前述情況之外，還應(yīng)該理解，所要求保護(hù)的主題內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)為使用典型編程技術(shù)和/或工程技術(shù)以產(chǎn)生軟件、固件、硬件或其任何合適的組合來控制計算設(shè)備(諸如可變頻率驅(qū)動器和控制器等)實(shí)現(xiàn)所公開的主題內(nèi)容的方法、裝置或制造物品。此處使用的術(shù)語“制造物品”旨在包括可從任何合適的計算機(jī)可讀設(shè)備、介質(zhì)或由這樣的介質(zhì)/設(shè)備生成的載體存取的計算機(jī)程序。例如，計算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括但不限于磁存儲設(shè)備(例
如，硬盤、軟盤、磁帶......)、光盤(例如，致密盤(⑶)、數(shù)字多功能盤(DVD)......)、智能
卡以及閃速存儲器設(shè)備(例如，卡、棒、密鑰驅(qū)動器......)。此外，應(yīng)該理解，可以采用由發(fā)
射機(jī)生成的載波來承載計算機(jī)可讀電子數(shù)據(jù)，例如在發(fā)送和接收電子郵件中或者在訪問網(wǎng)絡(luò)(諸如互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)(LAN)等)中使用的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離所要求保護(hù)的主題內(nèi)容的范圍或精神的情況下，可以對該配置進(jìn)行很多改變。此外，詞語“示例性，，此處用于表示作為示例、實(shí)例或說明。此處描述為“示例性，， 的方面或設(shè)計不必解釋為相對于其它方面或設(shè)計是優(yōu)選的或有利的。相反，詞語示例性的使用旨在以具體方式呈現(xiàn)概念。如在該申請中使用的那樣，術(shù)語“或”旨在表示包括性的 “或”而非排他性的“或”。也就是說，除非另外指明或者根據(jù)上下文清楚，否則“X采用A或 B”旨在表示任何自然包括性排列。也就是說，如果X采用A ;X采用B ；或X采用A和B 二者；則在任何前述實(shí)例下都滿足“X采用A或B”。此外，該申請以及所附權(quán)利要求中使用的冠詞“一個”應(yīng)通常解釋為表示“一個或更多個”，除非另外指明或者根據(jù)上下文清楚指單數(shù)形式。此外，此處使用的術(shù)語“推斷”通常是指從經(jīng)由事件和/或數(shù)據(jù)捕獲的一組觀測推理或推斷系統(tǒng)、環(huán)境和/或用戶的狀態(tài)的處理。例如，推斷可以用于標(biāo)識特定上下文或動作，或者可以生成根據(jù)狀態(tài)的概率分布。推論可以是概率的，即基于數(shù)據(jù)和事件的考慮的對根據(jù)感興趣狀態(tài)的概率分布的計算。推斷也可以指代用于從一組事件和/或數(shù)據(jù)組成更高級別事件的技術(shù)。這樣的推斷導(dǎo)致從一組觀測的事件和/或存儲的事件數(shù)據(jù)產(chǎn)生新事件或動作的構(gòu)建，無論事件是否在緊密時間接近性方面相關(guān)，以及無論事件和數(shù)據(jù)是否來自一個或多個事件和數(shù)據(jù)源。參照附圖，圖1描述根據(jù)本發(fā)明的安全性切換設(shè)備100。在圖1的特定布置方式中，安全性設(shè)備100與緊急關(guān)斷開關(guān)連接，以形成緊急關(guān)斷電路。緊急關(guān)斷開關(guān)102包括機(jī)械地連接以用于安全性設(shè)備100的雙通道操作的兩組觸點(diǎn)。例如，安全性設(shè)備100是具有四個外部端子Sll、S12、S21和S22的兩通道安全性繼電器，但當(dāng)然也可以具有大量附加端子，這是本領(lǐng)域中公知的。端子Sll和S21表示安全性信號輸出，端子S12和S22是安全性設(shè)備100的信號輸入并且用于連接到其它安全性設(shè)備，比如緊急關(guān)斷開關(guān)102。緊急關(guān)斷開關(guān)102包括彼此機(jī)械地連接的兩組常閉觸點(diǎn)。輸出端子Sll連接到+ 伏直流，輸出端子S21連接到地。 相應(yīng)地二4伏直流的信號電壓的兩極在信號輸出端子Sll和S21處可用。
輸入端子S12經(jīng)由第一接觸器(未示出)的磁線圈連接到地，輸入端子S22經(jīng)由第二接觸器(未示出)的磁線圈連接到+ 伏特直流。兩個接觸器用于操作安全性繼電器 100的安全性輸出(未示出)。為了在圖1的電路布置方式中執(zhí)行跨線故障監(jiān)控，輸出端子 Sll和S21輸出如圖2所示的與由電敏保護(hù)設(shè)備110的0SSD(比如光幕)生成的圖案完全相同的脈沖訓(xùn)練圖案。為了監(jiān)控端子Sll和S21的狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明，在每個輸出處提供反饋連接104、 106。包括至少一個安全性處理器的控制單元108評價測得的信號并生成相應(yīng)的輸出信號。 在朝向M伏特或0伏特的跨線故障或短路的情況下，這種故障狀況被檢測到，控制單元108 將安全值分配給輸出信號。另一方面，對于既不出現(xiàn)故障狀況也未激勵緊急開關(guān)的情況，由輸出端Sll和S21 發(fā)送的脈沖訓(xùn)練經(jīng)過緊急關(guān)斷開關(guān)102，并且在輸入端子S12、S22處無變化地被接收。否則，當(dāng)監(jiān)控在端子S12和S22處的信號并且安全性設(shè)備100的控制單元108發(fā)起在輸出端子Sll和S21處的信號的安全狀態(tài)時，安全性設(shè)備檢測不到所期待的值。當(dāng)然，還有利地以冗余方式構(gòu)造控制單元108，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。 例如，控制單元108包括兩個安全性處理器，其監(jiān)控彼此的正確運(yùn)作。此外，也可以結(jié)合安全性關(guān)斷墊片(mat)使用根據(jù)本發(fā)明的安全性設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，安全性設(shè)備100的輸入端子S12、S22總是期待作為由電敏保護(hù)設(shè)備 110的OSSD正常生成的信號的輸入信號。因此，如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的安全性設(shè)備也可以耦合到光幕110而無需改變?nèi)魏闻渲?。此處情況下，輸入端子S12、S22不從安全性切換設(shè)備的輸出端子Sll和S21而從光幕110的半導(dǎo)體輸出重新接收同一信號，這在圖4中示
出ο圖5示出安全性信號輸入S12的電路圖，其能夠關(guān)閉輸入信號并且測試硬件直到安全性處理器108。通過使安全性輸出或安全性設(shè)備100處在M伏特靜態(tài)電勢，并且通過向定期測試提供用于對常規(guī)OSSD輸出進(jìn)行響應(yīng)的脈沖圖案，根據(jù)本發(fā)明的安全性設(shè)備可以用于所有信號生成設(shè)備(諸如緊急關(guān)斷電路和電敏保護(hù)設(shè)備以及開關(guān)墊片)，而無需改變?nèi)魏闻渲谩?安全性處理器108監(jiān)控輸出的狀態(tài)并且因此可以執(zhí)行跨線故障檢測。
權(quán)利要求
1.一種用于以失效保護(hù)方式激勵致動器的安全性切換設(shè)備，所述安全性切換設(shè)備 (100)包括至少一個第一安全性輸入端和第二安全性輸入端(S12，S21)，用于接收第一輸入信號和第二輸入信號；至少一個第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(Sll，S22)，用于發(fā)送第一輸出信號和第二輸出信號；控制單元(108)，用于評價所述輸入信號并且生成所述輸出信號；其中，所述第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(Sll，S21)還包括用于將所述輸出信號耦合回到控制單元(108)的反饋環(huán)路(104，106)，所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸出信號的測試?yán)獭?br> 2.如權(quán)利要求1所述的安全性切換設(shè)備，其中，所述測試?yán)贪P(guān)斷所述輸出信號中的一個輸出信號預(yù)定時間段。
3.如權(quán)利要求1或2所述的安全性切換設(shè)備，其中，所述輸出信號被生成為具有與電敏保護(hù)設(shè)備(110)的輸出信號切換設(shè)備的輸出信號相一致的模式。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的安全性切換設(shè)備，其中，所述第一安全性輸入端和第二安全性輸入端與至少一個電平轉(zhuǎn)換單元耦合，所述控制單元(108)能夠執(zhí)行用于測試所述輸入信號的測試?yán)獭?br> 5.如前述權(quán)利要求之一所述的安全性切換設(shè)備，其中，在通過24V或OV檢測到跨線故障或短路時，所述安全性輸出端被設(shè)置為安全狀態(tài)。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的安全性切換設(shè)備，其中，所述控制單元(108)包括被配置為監(jiān)控彼此運(yùn)作的至少兩個冗余微控制器。
7.一種緊急關(guān)斷電路，包括安全性切換設(shè)備(100)，具有用于接收第一輸入信號和第二輸入信號的至少一個第一安全性輸入端和第二安全性輸入端(S12，S22)，用于發(fā)送第一輸出信號和第二輸出信號的至少一個第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(Sll，S21)，以及用于評價所述輸入信號并且生成所述輸出信號的控制單元(108)，至少一個兩通道緊急關(guān)斷開關(guān)(102)，連接在所述安全性輸入端與所述安全性輸出端之間，所述開關(guān)能夠在打開狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)之間動作，其中，所述第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(Sll，S21)中的每一個都進(jìn)一步包括用于將所述輸出信號耦合回到所述控制單元(108)的反饋環(huán)(104，106)，所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸出信號的測試?yán)獭?br> 8.如權(quán)利要求7所述的緊急關(guān)斷電路，其中，所述至少一個緊急關(guān)斷開關(guān)(102)具有兩組常閉觸點(diǎn)，所述兩組常閉觸點(diǎn)彼此機(jī)械地連接并且能夠被驅(qū)動以進(jìn)入斷開狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的緊急關(guān)斷電路，其中，所述測試?yán)贪P(guān)斷所述輸出信號中的一個輸出信號預(yù)定時間段。
10.如權(quán)利要求7至9中任一項所述的緊急關(guān)斷電路，其中，所述輸出信號被生成為具有與電敏保護(hù)設(shè)備的輸出信號切換設(shè)備的輸出信號相一致的模式。
全文摘要
一種具有通用信號輸入的安全性切換設(shè)備。本發(fā)明涉及用于以失效保護(hù)方式激勵致動器的安全性切換設(shè)備，還涉及包括根據(jù)本發(fā)明的安全性切換設(shè)備的緊急關(guān)斷電路。安全性切換設(shè)備(100)包括用于接收第一輸入信號和第二輸入信號的至少一個第一安全性輸入端和第二安全性輸入端(S12，S21)、用于發(fā)送第一輸出信號和第二輸出信號的至少一個第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(S11，S22)以及用于評價所述輸入信號并且生成所述輸出信號的控制單元(108)。根據(jù)本發(fā)明，所述第一安全性輸出端和第二安全性輸出端(S11，S21)還包括用于將所述輸出信號耦合回到控制單元(108)的反饋環(huán)路(104，106)，其中所述控制單元能夠執(zhí)行用于測試所述輸出信號的測試?yán)獭?br> 文檔編號H01H71/00GK102509673SQ20111004206
公開日2012年6月20日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者凱文·M·宗切克, 托馬斯·黑爾彭施泰因, 諾貝特·馬初萊茨, 迪爾克·洛倫茨, 魯?shù)婪颉づ僚聿祭谞?申請人:洛克威爾自動控制德國有限兩合公司