技術 安全スイッチ

0001

本発明は、安全スイッチおよび複数の安全スイッチを有する直列回路に関する。

0002

安全スイッチは、安全技術の領域において使用される。ここでこれは特に、機械および施設の周辺の危険区域を安全防護するために使用される。

0003

例えば、この種の安全スイッチは、トランスポンダと協働する。ここでこのトランスポンダ信号に基づいて、ドア、または、機械や施設への入口等が閉鎖されているか否かを識別することができる。

0004

この種の安全スイッチは、典型的に、２つの入力側から成る冗長的な入力構造と、２つの出力側を有する冗長的な出力構造とを有している。安全スイッチは、自身の監視機能に相応して、特に、トランスポンダ信号に依存して、切換信号を生成する。この切換信号は、監視されるべき機械を制御する制御部に出力される。この安全スイッチによって、危険の無い状態が検知されると、特に、監視されるべきドアが閉じられていることが検知されると、切換状態「スイッチオン状態」の切換状態を有する切換信号が、アクティブな安全条件、すなわちイネーブル信号に相応して生成される。制御部が安全スイッチから、このようなイネーブル信号を受け取ると、制御部は、機械の運転を開始させる、若しくは、運転させる。しかし、安全スイッチによって、ドアが開放されていることが確認されると、安全スイッチは、アクティブでない安全条件に相応して、切換状態「スイッチオフ状態」を有する切換信号を生成する。このような場合に、安全スイッチは、危険を伴う状態を回避するために、機械をスイッチオフする。

0005

一般的に、複数のこの種の安全スイッチの直列回路を設けることもできる。これは特に、複雑な危険区域を監視するためである。

0006

このような直列回路において、危険をもたらす状態を確実に排除するために、直列回路は次のように機能する。すなわち、安全スイッチが、切換状態「スイッチオフ状態」を有する切換信号を出力した場合に、このような切換状態が、後続する全ての安全スイッチを経由して、制御部に供給されるように機能する。従って制御部はこの切換信号に基づいて、機械を安全な、すなわちスイッチオフされた状態に移行させる。

0007

直列回路で使用可能であるこの種の安全スイッチは、Ｅｕｃｈｎｅｒ ＧｍｂＨ＋Ｃｏ．ＫＧ（有限合資会社）のタイプＣＥＳ−ＡＲの安全スイッチである。このような安全スイッチを以降で、標準安全スイッチと称する。

0008

このような標準安全スイッチの重要な特徴は、これが、自身の出力側でテストパルスを、この出力側を介して、切換状態「スイッチオン状態」を有する切換信号が出力される場合にも、切換状態「スイッチオフ状態」を有する切換信号が出力される場合にも出力する、ということである。このテストパルスは、各標準安全スイッチの出力側の切換能力を検査するためだけに使用されるのではない。

0009

本発明の課題は、構造的なコストが低く、かつ、機能性が高い安全スイッチと、複数の安全スイッチを伴う直列回路とを提供することである。

0010

上述の課題を解決するために、独立請求項の特徴部分に記載された構成が採用される。本発明の有利な実施形態および有利な発展形態は従属請求項に記載されている。

0011

本発明は、冗長的な入力構造と冗長的な出力構造とを有する安全スイッチに関する。この安全スイッチは、複数の安全スイッチを備えた直列回路に組み込まれるように形成されている。ここでこの安全スイッチは、直列回路内の動作様式を識別および設定する手段を有している。この安全スイッチは、動作中に、この直列回路において交換されるように形成されている。

0012

以降で、冒頭に記載した、公知の標準安全スイッチと区別するために、単に安全スイッチと称される（付加的な名称のない）本発明の安全スイッチは、この公知の標準安全スイッチと比べて、格段に高い機能性を有する。

0013

一般的に、この安全スイッチは、個別配置において使用可能である。本発明の方法の安全スイッチは自発的に、直列回路内の動作様式を識別し、これを自発的に相応に設定することができるので、安全スイッチを種々の直列回路において、特に柔軟に使用することができる。

0014

特に有利には、本発明の安全スイッチの直列回路では、直列回路の動作中に、安全スイッチを交換することができる。詳細には、この交換は、この安全スイッチがどのような切換信号を目下出力しているのかに依存せずに行われる。

0015

１つの安全スイッチが、直列回路から取り外されると、次の安全スイッチは、切換状態「スイッチオフ状態」に相応する電圧信号をそれ以降、受け取らない。このような切換状態において、テストパルスは出力されないので、次の安全スイッチは、テストパルスを待たない。従って、安全スイッチの取り外しは、クリチカルではない。

0016

一般的に、テストパルスによって、冗長的な出力構造の切換能力がテストされる。

0017

有利には、冗長的な出力構造は２つの出力側によって形成され、冗長的な入力構造は２つの入力側によって形成される。ここで第１の出力側と第１の入力側とが第１のチャネルを形成し、第２の入力側と第２の出力側とが第２のチャネルを形成する。テストパルスを再び読み込むことによって、一方のチャネルの出力側について、各他方のチャネル上で、この出力側の切換能力がテストされる。

0018

特に有利には、本発明の安全スイッチは、冗長的な出力構造を介してテストパターンを出力し、冗長的な入力構造を介してテストパターンを受け取るように形成されている。

0019

ここでこれらのテストパターンは、パワーアップ（Ｐｏｗｅｒ−ＵＰ：電源投入、出力増加）の間、および、その他は、安全スイッチのスイッチオン状態においてのみ出力される。

0020

テストパターンを出力することによって、安全スイッチの機能性は格段に拡張される。

0021

特に、テストパターンを介して、直列回路内の安全スイッチの順位が、設定可能、識別可能および区別可能である。

0022

さらに有利には、テストパターンを介して、安全スイッチの動作様式を設定することができる。

0023

特に、テストパターンは、直列回路内での安全スイッチの交換のために使用される。

0024

新たな安全スイッチが直列回路内で使用される場合には、これは、先行する安全スイッチから、そのテストパターンを介して、自身の順位を知り、その後、次の安全スイッチのために、自身のテストパターンを、直列回路において生成する。

0025

一般的に、各テストパターンは、個別パルスのシーケンスから成る。

0026

有利な構成では、本発明の安全スイッチは、パラメーター化のための手段を有している。

0027

本発明では、このような安全スイッチによって、直列回路が実現される。

0028

一般的に、ここでは、直列回路の最初の安全スイッチの冗長的な入力構造は、ジャンパプラグ（Ｂｒｕｅｃｋｅｎｓｔｅｃｋｅｒ）に接続されている。直列回路の最後の安全スイッチの切換信号は、自身の冗長的な出力構造体を介して、制御部に供給される。

0029

ここで、複数の安全スイッチのうちの１つが、自身の冗長的な出力構造体を介して、切換状態「スイッチオフ状態」を有する切換信号を出力する場合、この切換状態は、直列回路の後続の安全スイッチを介して、制御部に供給される。

0030

本発明の第１の形態では、直列回路内に標準安全スイッチは設けられておらず、安全スイッチだけが設けられている。ここでこれらの安全スイッチは、自身の仕様に相応して、短いテストパルスとテストパターンとを出力する。

0031

このような場合には、安全スイッチによって生成され、それぞれ、次の安全スイッチに供給されたテストパターンによって、直列回路内での個々の安全スイッチの順位が既知になり、確認される。安全スイッチは、ここで、テストパターンも、テストパルスも次のような場合にのみ送出する。すなわち、各センサが切換状態「スイッチオン状態」を有する切換信号を出力した場合にのみ、送出する。これによって、直列回路の動作時に、安全スイッチを交換することが可能になる。ここで、この列内に新たに入れられた安全スイッチは、先行する安全スイッチから、テストパターンを介して、列内の自身の順位を知り、列内のこれらの安全スイッチと通信することができる。

0032

第１の選択肢では、直列回路の最後の安全スイッチの切換信号は、制御部に直接供給される。

0033

第２の選択肢では、直列回路の最後の安全スイッチの切換信号は、評価機器を介して、制御部に供給される。ここでこのために、最後の安全スイッチの出力側は、評価機器の各入力側に接続されている。

0034

ここでこの評価機器は、通信システムを介して、直列回路の安全スイッチに接続されている。

0035

従って、この評価機器によって、別の通信チャネルが供給され、この別の通信チャネルによって、直列回路の安全スイッチとのデータ交換が可能になる。この通信チャネルを介して、安全に関していないデータも安全に関するデータも伝送することができる。

0036

一般的に、評価機器を介して安全スイッチに順位が割り当てられ、この順位で、以降で、評価機器が安全装置に呼びかけをする。

0037

ここで、安全スイッチへのこの順位付与は、一方では、評価機器と、通信システムの通信線路とを介して行われる。択一的に、この順位付与が次のように行われてもよい。すなわち、評価機器が自身の入力側を介して、順位情報を、安全スイッチの冗長的な出力構造に出力するように行われてもよい。

0038

本発明の第２の形態では、直列回路内に、１つまたは複数の安全スイッチの他に、少なくとも１つの標準安全スイッチが設けられている。ここでこの標準安全スイッチは、安全スイッチと、次の点において異なっている。すなわち、切換信号が、切換状態「スイッチオン状態」にある場合、および、切換信号が切換状態「スイッチオフ状態」にある場合に、これがテストパルスを送出する、という点において異なっている。標準安全スイッチは、直列回路の動作中に交換可能ではない。

0039

このような場合には、直列回路内に設けられている、本発明の安全スイッチは、コンパチブルモードで動作する。ここでは、この安全スイッチは、標準安全スイッチと全く同じように動作する。ここで、安全スイッチは、自発的に、自身の動作様式を、直列回路内に設けられている安全スイッチに合わせる。従って、直列回路の高い機能性が得られる。

0040

有利には、安全スイッチの動作様式は、直列回路において、自発的に、パワーアップの間に確認される。

0041

安全スイッチの設定は、動作様式、コンパチブルモードにおいて、次のことによって行われる。すなわち、安全スイッチが、直列回路内の先行する安全スイッチから、テストパルスを、標準安全スイッチの仕様に応じて受信することによって行われる。

0042

このような場合には、最初の機器に割り当てられたジャンパプラグが、電圧レベルを設定する。この電圧レベルは、標準安全スイッチの入力側の「ハイ」レベルに相当する。すなわち、ジャンパプラグは、受動的な素子を形成する。直列回路内の最初の機器として安全スイッチが設けられている場合には、これには、能動的なジャンパプラグが割り当てられている。これは、標準安全スイッチのテストパルスを出力する。ここで、このテストパルスを検出することによって、安全スイッチは、コンパチブルモードで動作する。

0043

このような場合には、能動的な素子であるこのジャンパプラグによって、コンパチブルモードにおける安全スイッチの動作様式が設定される。

0044

標準安全スイッチが設けられており、これによって、直列回路内に設けられている安全スイッチがコンパチブルモードで動作する直列回路では、列の全ての加入素子が、テストパルスを、標準安全スイッチの仕様に相応して生成する。このテストパルスのパルス持続時間は、本発明の安全スイッチのテストパルスのパルス持続時間よりも長い。

0045

それにもかかわらず、列の最後の加入素子が本発明の安全スイッチである場合には、複数の安全スイッチと複数の標準安全スイッチとから成る列の後方に配置された制御部に、本発明の安全スイッチの仕様に従って、短いテストパルスを供給するために、本発明の安全スイッチは相応に、パラメーター化若しくは設定される。

0046

本発明を以下で、図面に基づいて説明する。

0047

複数の本発明の安全スイッチが配置された、直列回路の第１の例
安全スイッチと、標準安全スイッチとが配置された直列回路の第１の例
安全スイッチと、標準安全スイッチとが装置された直列回路の第２の例
評価機器を有する、複数の本発明の安全スイッチが配置された、直列回路の第２の例
図１ａに示された直列回路の安全スイッチ間のテストパルスの伝送の概略図
図１ａに示された直列回路の安全スイッチ間のテストパターンの伝送の概略図
評価機器に接続される場合の、図１ｄに示された直列回路の安全スイッチの回路装置

0048

図１ａは、複数の本発明の安全スイッチ２を備えた直列回路１の第１の例を示している。

0049

等しい構造を有するこれらの安全スイッチ２は、この場合、トランスポンダによって制御されるスイッチである。ここでは、確認されたトランスポンダ信号に基づいて、例えば、機械の危険区域への入口であるドアが閉鎖されているか否か、すなわち、インターロックされているか否かが監視される。このために、安全スイッチ２において、入力信号および出力信号が、誤り保護されて処理される。

0050

各安全スイッチ２は、２つの出力側ＯＡ，ＯＢの形態の冗長的な出力構造と、２つの入力側ＩＡ，ＩＢの形態の冗長的な入力構造を有している。従って、安全スイッチ２は、チャネルＡ（出力側ＯＡ，入力側ＩＡ）とチャネルＢ（出力側ＯＢ，入力側ＩＢ）とを有する２チャネルの構造を有している。

0051

図１ａでは右側にある、直列回路１の最初の安全スイッチ２が、ジャンパプラグ３に接続されている。このジャンパプラグ３は、直列回路１の終端部を形成する。図１ａでは左側にある、最後の安全スイッチ２は、図示されていない制御部に接続されている。この制御部は、例えば、安全制御部によって形成されている。これは、その危険区域が、直列回路１の安全スイッチ２によって監視される機械を制御する。

0052

各安全スイッチ２は、確認されたトランスポンダ信号に依存して、出力側ＯＡ，ＯＢを介して出力可能な切換信号を生成する。この切換信号は、２つの切換状態を有する。第１の切換状態は、スイッチオン状態であり、アクティブな安全条件若しくはイネーブル信号に相応する。このような切換状態は、危険をもたらす状況が存在しない場合に発生し、これは例えば、安全スイッチ２によって、監視されているドアが閉鎖されていることが検知された場合である。第２の状態は、スイッチオフ状態であり、これは、アクティブでない安全条件に相当する。このような切換状態は、危険をもたらす状況が検出された場合に発生し、これは例えば、安全スイッチ２によって、監視されているドアが開放されていることが検知された場合である。

0053

最も簡単な場合には、直列回路１は、１つの安全スイッチ２のみを備える。このような場合には、制御部は、この安全スイッチ２内で生成された切換信号によってだけ制御される。

0054

図１ａの直列回路１では、４つの安全スイッチ２が、直列回路１内に設けられている。一般的に、他の数の安全スイッチ２が設けられてもよい。特に、４つよりも多くの安全スイッチ２が直列回路１を形成してもよい。直列回路１はこの場合には、次のように作用する。すなわち、最初の安全スイッチ２が、自身のトランスポンダ信号にのみ依存して、自身の切換信号を生成し、出力側ＯＡ，ＯＢに出力するように作用する。他の安全スイッチ２は、自身の切換信号を、トランスポンダ信号と、入力側ＩＡ，ＩＢに生じた信号と、に依存して生成する。安全スイッチ２が、切換状態「スイッチオフ状態」を有する切換信号を、危険をもたらす状態に相応して生成すると、この切換信号は、後続の安全スイッチ２を経由して、制御部に供給される。従って、この制御部は、機械を安全な状態に移行させる。すなわち、スイッチオフする。この過程は、直列回路１の全ての後続する実施例に、同様に当てはまる。

0055

各安全スイッチ２はテストパルスを生成し、このテストパルスは図２ａに示されているように、ある安全スイッチ２から次の安全スイッチ２へと伝送される。

0056

図２ｂが示しているように、各安全スイッチ２は、テストパターン、すなわち、複数の個別パルスから成るパルスシーケンスも出力する。個別パルスのパルス持続時間と、個別パルス間の休止と、が等しくても、異なっていてもよい。

0057

テストパターンを読み込むことによって、安全スイッチ２は、各動作様式を識別することができる。従って、安全スイッチ２は、自発的に、自身の動作様式を相応に設定することができる。

0058

さらに、このテストパターンに基づいて、冒頭に記載されたように、直列回路１内での安全スイッチ２の順位を特定することができる。

0059

図１ａに示されているように、直列回路１の安全スイッチ２では、各安全スイッチ２がテストパルスを、スイッチオン状態でのみ出力する。これによって、安全スイッチ２を、直列回路１の動作中に交換することが可能になる。直列回路１から安全スイッチ２が取り外されると、次の安全スイッチ２は、電圧信号を受け取らない。これによって、その出力側ＯＡ，ＯＢは、スイッチオフ状態に移行し、直列回路１は安全な状態に移行する。スイッチオフ状態では、テストパルスが安全スイッチ２から出力されるべきではないので、直列回路１は、機能することができる状態に保たれる。新たな安全スイッチ２が組み込まれる場合には、この安全スイッチ２は、先行する安全スイッチ２から、次のテストパターンを受け取るまで待機する。これに続いて、安全スイッチ２は、直列回路１における自身の順位を知り、これによって、列内で通信をすることができる。

0060

図１ｄは、図１ａに示した、直列回路１の実施形態の拡張を示している。図１ｄのこのような直列回路１では、最後の安全スイッチ２の出力側ＯＡ，ＯＢが直接的に制御部に導かれるのではなく、評価機器４の入力側ＩＡ，ＩＢに導かれる。

0061

評価機器４から、通信システムのさらなる通信線路５、６が、安全スイッチ２およびジャンパプラグ３に導かれる。

0062

通信システムに接続するために、各安全スイッチ２は、図３に示された回路装置を有している。これは、マイクロコントローラ７，出力ドライバ８，ドライバ９およびリセット回路１０を含んでいる。オペレーターは、機能切換スイッチ１１を介して、マイクロコントローラ７によって起動される。さらに、マイクロコントローラ７は、線路１２，１３を介してドライバ９に接続されている。出力ドライバ８およびリセット回路１０には、さらなるスイッチ１４，１５が割り当てられている。この回路装置によって、評価機器４が直列回路１に接続されている場合に、通信システムを介した通信が起動される。この通信システムを介して、安全に関連しないデータが伝送される。これは例えば、安全スイッチ２の状況通知またはエラーコードである。通信加入者との通信は、回路装置の通知出力側１６およびリセット入力側１７を介して行われる。

0063

通信システムを介した通信の際に、安全スイッチ２は、通信システムの運転開始時に、特に、直列回路１のパワーアップ時に設定された順位で呼びかけられる。

0064

安全スイッチ２の順位のこの設定は、評価機器４を介して行われる。ここで、一方では、通信線路５、６は、順位を付与するために利用される。他方では、順位情報が、評価機器４の入力側ＩＡ、ＩＢを介して、接続されている安全スイッチ２に出力されてもよい。

0065

択一的に、テストパターンの転送によって、安全スイッチ２の順位の付与が行われる。その後、評価機器４はこの順位を、安全スイッチに呼びかけるために取得する。

0066

図１ｂは、直列回路１の実施例を示している。ここでは、本発明の安全スイッチ２の他に、標準安全スイッチ２ａも設けられている。

0067

標準安全スイッチ２ａは、本発明の安全スイッチ２と同様に、例えば、トランスポンダによって制御されるスイッチである。この標準安全スイッチ２ａは、これが、安全スイッチ２の全ての切換状態においてテストパルスを放出するという点において、本発明の安全スイッチ２と相違する。

0068

図１ｂの直列回路１では、列の最初の機器と最後の機器とが、標準安全スイッチ２ａによって形成されている。残りの機器は安全スイッチ２によって形成されている。

0069

このような場合には、ジャンパプラグ３は、再び、固定した電圧レベルを設定する。これは、最初の機器の入力側ＩＡ，ＩＢでのハイレベルに相当する。最初の機器を形成する標準安全スイッチ２ａは、これによって同様に、自身が列の最初の機器であることを識別する。この標準安全スイッチ２ａは次に、パワーアップの間、テストパルスを、安全スイッチ２によって形成されている次の機器に出力する。この安全スイッチ２は、標準安全スイッチ２ａのテストパルスを識別し、これによって、コンパチブルモードに切り替わる。同じことが、以降の安全スイッチ２に当てはまる。

0070

コンパチブルモードでは、直列回路１の全ての安全スイッチ２は、標準安全スイッチ２ａのように作動する。すなわち、直列回路１の安全スイッチ２は、標準安全スイッチ２ａのようにテストパルスを出力し、詳細には、安全スイッチ２の切換信号の切換状態とは無関係にテストパルスを出力する。

0071

図１ｃは、図１ｂに示されている直列回路１の変形を示している。図１ｃに示された直列回路１では、直列回路１の第１の機器と、第２の機器と、第４の機器と、が安全スイッチ２である。第３の機器は、標準安全スイッチ２ａによって形成されている。

0072

図１ｃに示されている直列回路１内に、標準安全スイッチ２ａが配置されているので、直列回路１の他の安全スイッチ２は、図１ｂに示された実施形態に相応して、コンパチブルモードで動作する。すなわち、これらは、標準安全スイッチ２ａのように動作する。図１ｃに示された直列回路１では、最初の機器は標準安全スイッチ２ａではなく、安全スイッチ２であるので、安全スイッチ２をコンパチブルモードに切り替えるために、最初の機器のこのテストパルスを使用することができない。従って、この場合には、直列回路１の終端部として、能動的なジャンパプラグ３ａが設けられている。この能動的なジャンパプラグ３ａは、標準安全スイッチ２ａのテストパルスを生成し、これを、最初の機器を形成する安全スイッチ２に入力する。従って、この安全スイッチ２（およびそれ以降の全ての別の安全スイッチ２）は、コンパチブルモードに切り替わる。

0073

１直列回路、 ２安全スイッチ、 ２ａ標準安全スイッチ、 ３ジャンパプラグ、 ３ａ 能動的なジャンパプラグ、 ４評価機器、 ５，６通信線路、 ７マイクロコントローラ、 ８出力ドライバ、 ９ドライバ、 １０リセット回路、 １１ 機能切換スイッチ、 １２，１３線路、 １４，１５ スイッチ、 １６通知出力側、 １７リセット入力側、ＯＡ，ＯＢ出力側、 ＩＡ，ＩＢ 入力側