用于连接和故障保护断开技术系统的安全开关装置的制造方法
【专利说明】用于连接和故障保护断开技术系统的安全开关装置
[0001] 本发明涉及用于接通和故障保护断开技术装备的安全开关装置，该安全开关装置 包括用于接收经由馈电线供给的时钟信号的第一输入部，以及包括用于处理时钟信号以响 应于所述时钟信号来生成用于接通和断开技术装备的输出信号的故障保护控制/评估单 元，所述时钟信号具有限定的时钟频率fT。
[0002] 从本申请人的安全开关设备PNOZ?X2的编号为19 238-01的操作手册中已 知该类型的安全开关装置。
[0003] 在本发明方面，如果需要保护人类，则安全开关装置用于对危险的机器或装备进 行故障保护断开。安全开关装置通常监测来自紧急停止按钮、安全门开关、挡光板、光栅以 及其他安全相关通知设备的通知信号。安全开关装置能够响应于所述通知信号而中断针对 被监测的机器或装备的电流供给路径。可以容易地看出，总是保障安全功能以及克服和/ 或及早检测安全开关装置的区域中的故障是非常重要的。因此，安全开关装置的设计通常 是冗余的和/或具有自检功能。至少在对安全性要求高的情况下，还冗余地实现针对安全 开关装置的通知信号。
[0004] 然而，如果通知设备与安全开关装置之间的连接线发生短路，那么丧失通过冗余 实现的故障保护。一种用于防止短路的可能性是分立地铺设各个连接线。然而，这将导致各 个通知设备与安全开关装置之间的混乱且复杂的布线并且通常不能在技术上实现。因此， 冗余的连接线通常通过多芯线缆的不同导线来路由。然而，这需要安全开关装置具有对短 路检测的单独测量。
[0005] 根据现有技术已知用于短路检测的主要两种方法。第一种方法采用连接线上的静 态电位操作，在两条线路短路的情况下使熔断器跳闸。例如，从DE44 23 704C1或从DE 197 58 332B4中已知该类型的方法。就这些方法而言的缺点是它们极大地依赖于温度熔 断器，温度熔断器的跳闸点由于温度依赖性而不能被精确确定。这是开发使用连接线上的 动态信号的另一种方法的原因之一。
[0006] 在动态方法的情况下，使用连接线上的针对通知设备的不同时钟信号。因此，分 立的通知线上的信号能够彼此不同并且可以检测短路。文中作为示例引用DE100 33 073 A1、DE197 02 009C2和DE198 05 722A1。然而，就动态方法而言的缺点是对于发生短 路必须首先检查通知信号。换言之，在第一步骤中，必须进行信号评估，其中所接收的输入 信号通常与预期值进行比较。只有在该评估之后，才可以通过安全装置产生用于输出部的 信号，所述信号选择性地导致断开技术装备。
[0007] 上述信号评估由于输入电流的持续减小而变得越来越复杂，借助于输入电流的持 续减小意在减小输入部处的功率损耗。由于输入电流的减小，确实有利于使控制系统的电 流消耗最小化；然而，较低的输入电流导致更容易被干扰的输入部，因此，特别是可能在前 述动态信号的评估中出现问题。这些可以使用附加的滤波器来抵消但是代价是设备的反应 时间。
[0008] 特别是如果通知设备例如接触开关大部分时间不使用并且因此经由"开放"线路 连接至安全开关装置，那么在输入部处发生干扰。在这方面，"开放"是指线路仅连接至限定 的电位的一侧。因为作为示例，信号可以通过电容性耦接至并联线路或通过感应电磁场来 在开放线路上传输，所以开放线路特别易于受到干扰。所述干扰信号当读取输入部时增大 错误率。
[0009] 鉴于这样的背景，本发明的目的是提供一种安全开关装置，该安全开关装置可以 采用低输入电流来操作、在输入部处具有低错误率并且能够实现快速反应时间。
[0010] 根据本发明的一个方面，该目的通过在开头所提到的类型的安全开关装置来实 现。该安全开关装置包括具有时钟频率fR的时钟基准以及包括具有开关元件的电流增大 设备，其中，开关元件耦合至时钟基准并且开关元件响应于时钟频率&接通和断开电流增 大设备。
[0011] 因此，新发明基于通过循环增大输入电流来主动抵消输入部处的可能干扰的理 念。因此，不会连续增大电流而仅在限定的时刻增大电流。当电流增大被启用时，电流增大 确保对输入部的可靠且快速的评估。如果当对输入部进行评估时考虑到例如由串扰引起的 错误，那么电流增大优选地被启用。由于在输入部处的增大的电流流动，所以可以更快地调 整在输入部处的限定电压电平形式的数字状态。特别地，能够更快速且更可靠地检测其中 在输入部处通常预期为零电位的数字断开状态。
[0012] 为此目的，安全开关装置包括具有开关元件的电流增大设备和耦合至开关元件的 时钟基准。响应于限定时刻的时钟基准通过开关元件接通和断开电流增大设备。因此，如 果需要，在输入部处选择性地接通电流增大。采用时钟基准及时进行接通和断开，其中时钟 基准有利地同步至存在于输入部处的干扰信号。馈电线上的循环干扰和由此产生的读入错 误由于在输入部处的选定的电流增大而减小。有利的是，在这种情况下如果实际上存在干 扰，那么电流增大仅是启用的，从而在输入部处与其连接的电流消耗和功率损耗不会明显 增大。
[0013] 特别地，就根据本发明的装置而言有利的是还用于在其中在其处通常不存在信号 但是仍然发生持续评估的输入部的干扰情况下的主动抵消。因此，电流增大优选地与输入 信号无关地在所有输入部处被循环地启用。以此方式，甚至抵消不是由存在于输入部处的 信号所引起的干扰。作为示例，这是外部信号电容性耦合至连接在输入部处的线路并且因 此出现相对于预期的限定电压电平的偏差的情况。
[0014] 此外，输入部处的功率损耗通过新的电流增大设备仅增大至极小量。由于借助于 时钟基准和开关元件进行电流增大的循环，所以如果需要，则仅启用电流增大。换言之，仅 在可以抵消预期的干扰的情况下，进行输入电流的循环增大。为此将时钟基准的频率&调 整至预期的干扰信号的频率。此外，开关元件耦合至时钟基准，从而使电流增大设备的启用 也同步至干扰的发生。当被持续接通时会导致增大的功率损耗的电流增大设备因此仅在特 定情况下被启用，从而限制功率损耗。
[0015] 最后，新的安全开关装置具有以下优点：相较于其他具有动态短路检测的安全开 关装置，该设备的反应时间可以缩短。由于输入部处的减小的错误率，所以信号处理和评估 被加速，从而整个设备的反应时间缩短。
[0016] 总体而言，因此，新的安全开关装置当读入输入部时能够降低对错误的易感性并 且因而缩短反应时间。因此完全实现了上述目的。
[0017] 在优选的改进中，电流增大设备具有接地连接和与开关元件串联连接的第一电阻 器，其中，第一电阻器和开关元件被布置成与第一输入部并联，并且如果电流增大设备被接 通，则第一输入部经由电阻器和开关元件导电连接至接地连接。
[0018] 该改进使得可以以极具成本效益的方式实现电流增大设备。电流增大设备包括在 各个输入部处的附加电阻器。通过降低输入部处的输入电阻来实现输入部处的电流增大。 为了接通电流增大设备，电阻器通过开关元件与输入部并联连接。更大的电流可以经由附 加电流路径流入输入部。
[0019] 在进一步的改进中，开关元件具有限定开关周期，其中该开关周期短于由时钟基 准限定的时钟基准周期l/fR，特别是短于该周期的1/5。
[0020] 因此，电流增大设备的操作周期和与其相关的开关周期短于时钟基准频率fR的周 期。在时钟基准的上升沿接通开关元件，但是在时钟基准频率的周期结束之前已经再次断 开开关元件，优选的是在周期的五分之一结束之前断开开关元件。该改进是有利的，因为输 入部处的干扰由于耦入的时钟信号而通