专利名称：具有通用信号输入的安全性切换设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于以失效保护方式激励致动器的安全性切换设备，并且还涉及一种包括根据本发明的安全性切换设备的紧急关断电路。
背景技术：
安全性切换设备以及特别地安全性继电器是旨在确保在工业处理环境中工作的人的安全性的装置。例如，安全性继电器用于检测紧急关断开关或其它机械锁闭开关(诸如守卫门的互锁开关或限位开关等)的打开。此外，安全性继电器还用于处理电敏保护设备(诸如光幕或光栅等)的输出信号。通常，所有安全性设备必须被设计为满足用世界范围采用的安全性标准定义的严格要求。这些标准旨在实现特别地通过应用冗余性、多样性以及监控原理实现的高可靠性。 例如，安全性继电器提供内部检查或故障状况，诸如安全性开关的触点被阻塞、焊接或卡住等。此外，已经具有用于双通道安全性继电器的冗余常闭安全性触点的安全性开关(比如限位开关)附加地具有用于状态指示的辅助触点。另一方面，电敏保护设备一般具有所谓的输出信号切换设备(outputsignal switching device，0SSD)，用于生成待连接到安全性继电器的输入的输出信号。这些半导体输出(以下将称为0SSD)被提供作为保护单元(诸如光栅或安全性激光扫描仪等)的安全性切换输出。当保护区域受破坏时，安全性传感器将OSSD切换到关(OFF)状态。因此， 发起任一危急状态或机器的关闭。如周知的那样，每个安全性传感器具有以两个通道形式彼此独立地评价的两个并行OSSD输出。例如，电敏保护设备的端子经由两个OSSD输出根据EN 954-1的类别3 (根据EN ISO 13849-1的性能级别d)连接到安全性继电器或安全性控制器。安全性传感器发送状态信息“保护场自由”，其将由安全性控制设备或安全性继电器评价。当使用如图6和图8所示的常规安全性切换设备200时，必须通过改变在配置单元201处的设置来确定半导体输出(OSSD)或紧急关断电路(诸如保护门等)是否要与切换设备200的安全性输入端S12、S22耦合。这是因为OSSD的半导体输出执行与各个引线之间的任何短路相关的固有自身测试。因此，通过电敏保护设备110，仅必须配备安全性继电器200的安全性输入端，用于执行其自身硬件的自身测试。如图6所示，常规安全性设备200具有配置单元201，配置单元201例如包括开关 204，其根据安全性设备200是连接到具有OSSD半导体输出的光幕110还是用在紧急关断电路内来选择不同的操作模式，图8示出该情况。与本发明相对照，当该配置被设置用于紧急停止操作时，光幕110或输入端子Sll、S22提供跨线故障监控。图6的应用环境中的安全性继电器200期待在输入端子处的静态24V信号。另一方面，当将安全性切换设备200与安全性关断电路连接时，安全性切换设备具有监控针对任何可能交叉电路的输入导体的任务。例如，已知的紧急关断电路使用在紧急关断电路内发送的钟控信号，这例如图8和图9示出。在该常规布置方式中，如果尚未产生故障状况，则端子Sll和S21输出以未改变模式发送到安全性输入端S12、S22的极性完全相反的钟控信号。安全性设备将该信号图案识别为安全状态。然而，根据图6和图8的安全性切换设备200必须具有用于根据应用领域选择设置的配置，或者必须具有每个都针对不同类型应用而被配置的多个不同输入。然而，这种配置是昂贵的，并且还增加了安装安全性系统的支出。
发明内容
因此，本发明旨在克服上面提出的问题。特别地，本发明的目的在于提供一种安全性切换设备以及一种紧急关断电路，包括这样的安全性设备可以普便用在不同的安全性电路内而无需根据各个应用领域来设置不同的配置。由独立权利要求限定的本发明基于这样的构思形成用于紧急关断电路的输出信号的钟控安全性输出Sll和S21输出与常规OSSD信号相同的脉冲图案。因此，安全性输入端S12、S22总是接收相同信号，而不管与安全性切换设备的输入连接的传感器的种类如何。无需任何设置的改变。根据本发明，针对安全性输出端Sll和S21的正确运行来监控安全性输出端Sll 和S21。这是必须的，因为输入端子不执行任何交叉电路监控。根据本发明，在不同时刻在短时段期间关断安全性输出端Sll和S21。将安全性输出端子Sll和S21的状态反馈到安全性设备的控制器。在对M伏特或0伏特的短路或接触的情况下，检测到该故障状况，并且安全性设备将安全性输出切换到预定安全状态。根据本发明的一方面，提供了一种用于以失效保护方式激励致动器的安全性切换设备，所述安全性切换设备包括至少一个第一安全性输入端和第二安全性输入端，用于接收第一输入信号和第二输入信号；至少一个第一安全性输出端和第二安全性输出端，用于发送第一输出信号和第二输出信号；控制单元，用于评价所述输入信号并且生成所述输出信号；其中，所述第一安全性输出端和第二安全性输出端还包括用于将所述输出信号耦合回到控制单元的反馈环路，所述控制单元能够执行用于测试所述输出信号的测试例程。优选地，所述测试例程包括关断所述输出信号中的一个输出信号预定时间段。优选地，所述输出信号被生成为具有与电敏保护设备的输出信号切换设备的输出信号相一致的模式。优选地，所述第一安全性输入端和第二安全性输入端与至少一个电平转换单元耦合，以及所述控制单元能够执行用于测试所述输入信号的测试例程。优选地，在通过24V或OV检测到跨线故障或短路时，所述安全性输出端被设置为安全状态。优选地，所述控制单元包括被配置为监控彼此运作的至少两个冗余微控制器。根据本发明的又一方面，提供了一种紧急关断电路，包括安全性切换设备，具有用于接收第一输入信号和第二输入信号的至少一个第一安全性输入端和第二安全性输入端，用于发送第一输出信号和第二输出信号的至少一个第一安全性输出端和第二安全性输出端，以及用于评价所述输入信号并且生成所述输出信号的控制单元，至少一个两通道紧急关断开关，连接在所述安全性输入端与所述安全性输出端之间，所述开关能够在打开状态与关闭状态之间动作，其中，所述第一安全性输出端和第二安全性输出端中的每一个都进一步包括用于将所述输出信号耦合回到所述控制单元的反馈环，所述控制单元能够执行用于测试所述输出信号的测试例程。优选地，所述至少一个紧急关断开关具有两组常闭触点，所述两组常闭触点彼此机械地连接并且能够被驱动以进入断开状态。优选地，所述测试例程包括关断所述输出信号中的一个输出信号预定时间段。优选地，所述输出信号被生成为具有与电敏保护设备的输出信号切换设备的输出信号相一致的模式。优选地，所述第一安全性输入端和第二安全性输入端与至少一个电平转换单元耦合，以及所述控制单元能够执行用于测试所述输入信号的测试例程。优选地，在通过24V或OV检测到跨线故障或短路时，所述安全性输出端被设置为安全状态。
为了实现前述和有关目的，在此结合以下描述以及附图来描述所公开的发明的某些示例性方面。这些方面仅表示了其中可以采用在此公开的原理的各种方式中的一些，然而其旨在包括所有方面及其等同物。当结合附图考虑时，其它优点和新特征将从以下详细描述变得清楚。图1示出当在紧急关断电路中应用时根据本发明的安全性设备的示意图；图2示出在图1的安全性设备的输出端子处的信号图案；图3示出当与光幕连接时本发明的安全性设备的示意图；图4示出从光幕输入到安全性设备的安全性输入端子的信号；图5示出安全性输入端的电路图；图6示出当与光幕连接时已知的安全性设备的示意图；图7示出光幕输出的信号；图8示出当在紧急关断电路中连接时已知的安全性设备的示意图；图9示出在图8的常规安全性设备的输出端子处的时钟信号。
具体实施例方式现参照附图描述本发明，其中，相似的标号通篇用于指相似的元件。在以下描述中，为了说明，阐述大量具体细节，以提供其透彻理解。然而，可以理解，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。在其它情况下，公知结构和设备以框图形式示出以便于其描述。如在本申请中使用的那样，术语“组件”、“系统”、“设备”、“接口”、“网络”等旨在指代计算机有关实体，要么是硬件、硬件和软件的组合、软件、要么是执行中的软件。例如，组件可以但不限于是在处理器上运行的处理、或处理器、硬盘驱动器、(光和/或磁存储介质的)多个存储驱动器、对象、可执行内容、执行线程、程序和/或计算机、工业控制器、继电器、传感器和/或可变频率驱动器。通过示例的方式，在服务器上运行的应用以及服务器都可以是组件。一个或更多个组件可以驻留在执行的处理和/或线程内，以及组件可以位于一台计算机上和/或分布在两台或更多台计算机之间。除了前述情况之外，还应该理解，所要求保护的主题内容可以实现为使用典型编程技术和/或工程技术以产生软件、固件、硬件或其任何合适的组合来控制计算设备(诸如可变频率驱动器和控制器等)实现所公开的主题内容的方法、装置或制造物品。此处使用的术语“制造物品”旨在包括可从任何合适的计算机可读设备、介质或由这样的介质/设备生成的载体存取的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设备(例
如，硬盘、软盘、磁带......)、光盘(例如，致密盘(⑶)、数字多功能盘(DVD)......)、智能
卡以及闪速存储器设备(例如，卡、棒、密钥驱动器......)。此外，应该理解，可以采用由发
射机生成的载波来承载计算机可读电子数据，例如在发送和接收电子邮件中或者在访问网络(诸如互联网或局域网(LAN)等)中使用的数据。当然，本领域技术人员应理解，在不脱离所要求保护的主题内容的范围或精神的情况下，可以对该配置进行很多改变。此外，词语“示例性，，此处用于表示作为示例、实例或说明。此处描述为“示例性，， 的方面或设计不必解释为相对于其它方面或设计是优选的或有利的。相反，词语示例性的使用旨在以具体方式呈现概念。如在该申请中使用的那样，术语“或”旨在表示包括性的 “或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另外指明或者根据上下文清楚，否则“X采用A或 B”旨在表示任何自然包括性排列。也就是说，如果X采用A ;X采用B ；或X采用A和B 二者；则在任何前述实例下都满足“X采用A或B”。此外，该申请以及所附权利要求中使用的冠词“一个”应通常解释为表示“一个或更多个”，除非另外指明或者根据上下文清楚指单数形式。此外，此处使用的术语“推断”通常是指从经由事件和/或数据捕获的一组观测推理或推断系统、环境和/或用户的状态的处理。例如，推断可以用于标识特定上下文或动作，或者可以生成根据状态的概率分布。推论可以是概率的，即基于数据和事件的考虑的对根据感兴趣状态的概率分布的计算。推断也可以指代用于从一组事件和/或数据组成更高级别事件的技术。这样的推断导致从一组观测的事件和/或存储的事件数据产生新事件或动作的构建，无论事件是否在紧密时间接近性方面相关，以及无论事件和数据是否来自一个或多个事件和数据源。参照附图，图1描述根据本发明的安全性切换设备100。在图1的特定布置方式中，安全性设备100与紧急关断开关连接，以形成紧急关断电路。紧急关断开关102包括机械地连接以用于安全性设备100的双通道操作的两组触点。例如，安全性设备100是具有四个外部端子Sll、S12、S21和S22的两通道安全性继电器，但当然也可以具有大量附加端子，这是本领域中公知的。端子Sll和S21表示安全性信号输出，端子S12和S22是安全性设备100的信号输入并且用于连接到其它安全性设备，比如紧急关断开关102。紧急关断开关102包括彼此机械地连接的两组常闭触点。输出端子Sll连接到+ 伏直流，输出端子S21连接到地。 相应地二4伏直流的信号电压的两极在信号输出端子Sll和S21处可用。
输入端子S12经由第一接触器(未示出)的磁线圈连接到地，输入端子S22经由第二接触器(未示出)的磁线圈连接到+ 伏特直流。两个接触器用于操作安全性继电器 100的安全性输出(未示出)。为了在图1的电路布置方式中执行跨线故障监控，输出端子 Sll和S21输出如图2所示的与由电敏保护设备110的0SSD(比如光幕)生成的图案完全相同的脉冲训练图案。为了监控端子Sll和S21的状态，根据本发明，在每个输出处提供反馈连接104、 106。包括至少一个安全性处理器的控制单元108评价测得的信号并生成相应的输出信号。 在朝向M伏特或0伏特的跨线故障或短路的情况下，这种故障状况被检测到，控制单元108 将安全值分配给输出信号。另一方面，对于既不出现故障状况也未激励紧急开关的情况，由输出端Sll和S21 发送的脉冲训练经过紧急关断开关102，并且在输入端子S12、S22处无变化地被接收。否则，当监控在端子S12和S22处的信号并且安全性设备100的控制单元108发起在输出端子Sll和S21处的信号的安全状态时，安全性设备检测不到所期待的值。当然，还有利地以冗余方式构造控制单元108，这对于本领域技术人员是已知的。 例如，控制单元108包括两个安全性处理器，其监控彼此的正确运作。此外，也可以结合安全性关断垫片(mat)使用根据本发明的安全性设备。根据本发明，安全性设备100的输入端子S12、S22总是期待作为由电敏保护设备 110的OSSD正常生成的信号的输入信号。因此，如图3所示，根据本发明的安全性设备也可以耦合到光幕110而无需改变任何配置。此处情况下，输入端子S12、S22不从安全性切换设备的输出端子Sll和S21而从光幕110的半导体输出重新接收同一信号，这在图4中示
出ο图5示出安全性信号输入S12的电路图，其能够关闭输入信号并且测试硬件直到安全性处理器108。通过使安全性输出或安全性设备100处在M伏特静态电势，并且通过向定期测试提供用于对常规OSSD输出进行响应的脉冲图案，根据本发明的安全性设备可以用于所有信号生成设备(诸如紧急关断电路和电敏保护设备以及开关垫片)，而无需改变任何配置。 安全性处理器108监控输出的状态并且因此可以执行跨线故障检测。
权利要求
1.一种用于以失效保护方式激励致动器的安全性切换设备，所述安全性切换设备 (100)包括至少一个第一安全性输入端和第二安全性输入端(S12，S21)，用于接收第一输入信号和第二输入信号；至少一个第一安全性输出端和第二安全性输出端(Sll，S22)，用于发送第一输出信号和第二输出信号；控制单元(108)，用于评价所述输入信号并且生成所述输出信号；其中，所述第一安全性输出端和第二安全性输出端(Sll，S21)还包括用于将所述输出信号耦合回到控制单元(108)的反馈环路(104，106)，所述控制单元能够执行用于测试所述输出信号的测试例程。
2.如权利要求1所述的安全性切换设备，其中，所述测试例程包括关断所述输出信号中的一个输出信号预定时间段。
3.如权利要求1或2所述的安全性切换设备，其中，所述输出信号被生成为具有与电敏保护设备(110)的输出信号切换设备的输出信号相一致的模式。
4.如前述权利要求中的任一项所述的安全性切换设备，其中，所述第一安全性输入端和第二安全性输入端与至少一个电平转换单元耦合，所述控制单元(108)能够执行用于测试所述输入信号的测试例程。
5.如前述权利要求之一所述的安全性切换设备，其中，在通过24V或OV检测到跨线故障或短路时，所述安全性输出端被设置为安全状态。
6.如前述权利要求之一所述的安全性切换设备，其中，所述控制单元(108)包括被配置为监控彼此运作的至少两个冗余微控制器。
7.一种紧急关断电路，包括安全性切换设备(100)，具有用于接收第一输入信号和第二输入信号的至少一个第一安全性输入端和第二安全性输入端(S12，S22)，用于发送第一输出信号和第二输出信号的至少一个第一安全性输出端和第二安全性输出端(Sll，S21)，以及用于评价所述输入信号并且生成所述输出信号的控制单元(108)，至少一个两通道紧急关断开关(102)，连接在所述安全性输入端与所述安全性输出端之间，所述开关能够在打开状态与关闭状态之间动作，其中，所述第一安全性输出端和第二安全性输出端(Sll，S21)中的每一个都进一步包括用于将所述输出信号耦合回到所述控制单元(108)的反馈环(104，106)，所述控制单元能够执行用于测试所述输出信号的测试例程。
8.如权利要求7所述的紧急关断电路，其中，所述至少一个紧急关断开关(102)具有两组常闭触点，所述两组常闭触点彼此机械地连接并且能够被驱动以进入断开状态。
9.如权利要求7或8所述的紧急关断电路，其中，所述测试例程包括关断所述输出信号中的一个输出信号预定时间段。
10.如权利要求7至9中任一项所述的紧急关断电路，其中，所述输出信号被生成为具有与电敏保护设备的输出信号切换设备的输出信号相一致的模式。
全文摘要
一种具有通用信号输入的安全性切换设备。本发明涉及用于以失效保护方式激励致动器的安全性切换设备，还涉及包括根据本发明的安全性切换设备的紧急关断电路。安全性切换设备(100)包括用于接收第一输入信号和第二输入信号的至少一个第一安全性输入端和第二安全性输入端(S12，S21)、用于发送第一输出信号和第二输出信号的至少一个第一安全性输出端和第二安全性输出端(S11，S22)以及用于评价所述输入信号并且生成所述输出信号的控制单元(108)。根据本发明，所述第一安全性输出端和第二安全性输出端(S11，S21)还包括用于将所述输出信号耦合回到控制单元(108)的反馈环路(104，106)，其中所述控制单元能够执行用于测试所述输出信号的测试例程。
文档编号H01H71/00GK102509673SQ20111004206
公开日2012年6月20日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月19日
发明者凯文·M·宗切克, 托马斯·黑尔彭施泰因, 诺贝特·马初莱茨, 迪尔克·洛伦茨, 鲁道夫·帕彭布雷尔 申请人:洛克威尔自动控制德国有限两合公司