CN106998055A

CN106998055A - 电路切断***

Info

Publication number: CN106998055A
Application number: CN201710050957.0A
Authority: CN
Inventors: 田边义清; 木野胜; 桥本良树
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: JP6333869B2; JP2017135780A; DE102017101378A1; US10186391B2; CN106998055B; DE102017101378B4; US20170213678A1

Abstract

本发明提供一种电路切断***，其特征在于，具有：输出输出信号的输出设备；控制设备，其通过输出设备的输出信号而被控制；输出设备所具备的电源输入端子，其用于向控制设备进行电源供给；电源，其向输出设备进行电源供给，该电源具有接地极；断路电路，其设置在电源输出端子与输出设备的电源输出端子之间；开关电路，其设置在断路电路与电源输出端子之间；以及短路电路，其设置在电源输入端子和断路电路的连接处与接地极之间，断路电路和短路电路以不会同时闭合的方式进行动作，当开关电路为闭合时，闭合断路电路、断开短路电路，当开关电路为断开时，断开断路电路、闭合短路电路。

Description

电路切断***

技术领域

本发明涉及电路切断***，特别是涉及具有如下单元的电路切断***：在根据紧急停止、伺服闭合等安全方面的条件切断驱动控制设备的电源的电路中，当在驱动电源与不间断供给电源之间发生短路故障时，切断向控制设备的电源供给，并检测故障的单元。

背景技术

在控制设备用的驱动电源中，为了确保切断电源而使用了通过双接点进行切断的电路。在这种情况下，在双接点之前，其他电源(不通过双接点切断的电源)与驱动电源之间发生短路故障时，即使通过双接点进行了切断也会向驱动电源提供电源。电源间的短路故障能够通过监视电压来检测，但是不能切断电源，因此存在危险。

图1表示现有的设备控制***1000的结构图。电源4的电源输出端子41通过配线L1连接输出设备1的不间断供给电源用端子32，并且通过配线L2连接电源输入端子3。像这样，电源4向输出设备1提供电源(例如，24[V])。电源输出端子41与不间断供给电源用端子32之间设置有保护电路(断路器)QF1，电源输出端子41与电源输入端子3之间设置有保护电路(断路器)QF2以及双开关电路KM1、KM2。此外，与电源4的电源输出端子41不同的端子42被接地。

通过第1操作线圈71来控制开关电路KM1的开闭，第1操作线圈71根据来自第1CPU61的输出端子DO的信号进行动作。通过第2操作线圈72来控制开关电路KM2的开闭，开关电路KM2根据来自第2CPU62的输出端子DO的信号进行动作。此外，设置在伺服电源100与伺服放大器300之间的电磁接触器200的接点的开闭也由第1以及第2操作线圈71，72来控制。

在图1所示的设备控制***1000中，在双重开关电路KM1、KM2之前，在不通过双接点切断的不间断供给电源用端子32与电源输入端子3之间发生短路故障时，即使通过双重开关电路KM1、KM2进行了切断，也会从不间断供给电源用端子32向驱动电源、即电源输入端子3提供电源。

对于在不间断供给电源用端子32与电源输入端子3之间产生的短路故障进行详细说明。图2示出了在输出设备1与第1以及第2控制设备21、22之间进行正常布线的例子。例如，不间断供给电源用端子32以及电源输入端子3通过分支接线排被分别分为多个端子，并连接第1控制设备21以及第2控制设备22。这里，设为在第1控制设备21的内部与电源输入端子3相连接的2个端子通过导体210相连。

图3示出了在输出设备1与第1以及第2控制设备21、22之间进行了错误布线的例子。例如，可能产生通过第1控制设备21的导体210连接的2个端子的一个如虚线所示连接到不间断供给电源用端子32，另一个连接到电源输入端子3的错误布线这样的情况。这样，由于产生错误布线，则可能造成不间断供给电源用端子32与电源输入端子3短路。

这样的电源间的短路故障如图1所示，通过把第1CPU61的输入端子DI和配线L2相连接来监视电源输入端子3的电压能够检测异常。然而，存在不能切断不间断供给电源用端子32与电源输入端子3之间的短路这样的问题。也就是，当发生短路故障时，即使开关电路KM1、KM2都为闭合，也对电源输入端子(OUTP)3输出24[V]，不能对电源输入端子3进行电源切断。

另外，已知有在异常发生时，切断电气电路的电路切断器(例如，日本特开2011-016391号公报。以下称为“专利文献1”。)。在专利文献1中，公开有电路切断器，但是存在为了控制构成断路电路的电路需要同时使用半导体电路、还需要增加断路电路的故障检测电路这样的问题。

发明内容

在现有的电路切断器中，存在为了控制构成断路电路的电路需要同时使用半导体电路、还需要增加断路电路的故障检测电路这样的问题。

本发明的一个实施例所涉及的电路切断***，其特征在于，具有：输出设备，其输出输出信号；控制设备，其通过输出设备的输出信号而被控制；输出设备所具备的电源输入端子，其用于向控制设备进行电源供给；电源，其向输出设备进行电源供给，该电源具有接地极；断路电路，其设置在与电源的接地极不同的电源输出端子与输出设备的电源输入端子之间；开关电路，其设置在断路电路与电源输出端子之间；以及短路电路，其设置在电源输入端子和断路电路的连接处与接地极之间，断路电路以及短路电路以不会同时闭合的方式进行动作，当开关电路为闭合时，通过闭合断路电路、断开短路电路，来向输出设备进行电源供给，当开关电路为断开时，通过断开断路电路、闭合短路电路，来切断向输出设备的电源供给，并且即使在电源输出端子错误地短路连接到电源输入端子时，通过短路电路也不会向输出设备进行电源供给。

附图说明

根据与附图有关的以下实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更清楚。在这些图中：

图1是现有的设备控制***的结构图，

图2是现有的输出设备和控制设备被正常布线时的布线图，

图3是在现有的输出设备与控制设备之间发生错误布线时的布线图，

图4是本发明的实施例1所涉及的电路切断***的结构图，

图5是具有本发明的实施例1所涉及的电路切断***的电流流出型输出的输出设备的结构图，

图6是具有本发明的实施例1所涉及的电路切断***的电流流入型输出的输出设备的结构图，

图7是本发明的实施例1所涉及的电路切断***的安全继电器、常闭接点、以及常开接点的时序图，

图8是用于说明本发明的实施例1所涉及的电路切断***的安全继电器为断开时的常闭接点以及常开接点的动作的图，

图9是用于说明本发明的实施例1所涉及的电路切断***的安全继电器为接通时的常闭接点以及常开接点的动作的图，

图10是表示在本发明的实施例1所涉及的电路切断***中，当不间断供给电源用端子与电源输入端子短路时流过的电流的路径图，

图11是本发明的实施例2所涉及的电路切断***的结构图，

图12是表示本发明的实施例2所涉及的电路切断***的状态监视用信号与异常检测结果之间的关系表，以及

图13是本发明的实施例3所涉及的电路切断***的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图，对于本发明所涉及的电路切断***进行说明。

[实施例1]

首先，对于本发明的实施例1所涉及的电路切断***进行说明。图4示出了表示本发明的实施例1所涉及的电路切断***的结构的结构图。本发明的实施例1所涉及的电路切断***101具有输出设备1、控制设备2、电源输入端子3、电源4、断路电路(KA1-2)、保护电路(QF2)以及短路电路(KA1-1)。

输出设备1向控制设备2输出输出信号。另外，输出设备1具有电源输入端子3、不间断供给电源用端子32以及接地极(0[V])。从电源4向不间断供给电源用端子32提供不间断供给电源，例如24[V]，用作输出设备用电源以及网络用电源。电源输入端子3向控制设备2输出驱动电源。电源输入端子3也表示为“OUTP”。

图5表示具有电流流出型输出的输出设备的例子。具有电流流出型输出的输出设备1A具备与网络80相连接的多个(例如，n个)晶体管Tr11、Tr12、···、Tr1n，并控制与各晶体管的发射极相连接的多个(例如，n个)第1控制设备21、第2控制设备22、···、第n控制设备2n。

图6表示具有电流流入型输出的输出设备的例子。具有电流流入型输出的输出设备1B具备与网络80相连接的多个(例如，n个)晶体管Tr21、Tr22、···、Tr2n，并控制与各晶体管的集电极相连接的多个(例如，n个)第1控制设备21、第2控制设备22、···、第n控制设备2n。

如图5以及图6所示的例子中，示出了使用晶体管作为输出设备1A、1B的例子，但是也可以使用通过网络连接的其他输出模块。可以使用例如继电器、电磁接触器、电磁阀、I/O设备、***设备等作为控制设备21～2n。另外，在图5以及图6中，为了防止不慎接通控制设备21～2n，需要在伺服断开时切断驱动电源。

在图4中，控制设备2由输出设备1的输出信号所控制。图4示出了仅具备一个控制设备2的例子，但是并不限定于此例，可以如图5以及图6所示具备多个控制设备。

用于向控制设备2进行电源供给的输出设备1具备电源输入端子3。

电源4向输出设备1进行电源供给，并具有连接接地极的端子42。所供给的电源电压能够设为例如24[V]，但是并不限定于此例，也可以设为其他电压。

断路电路(KA1-2)被设置在与电源4的端子42不同的电源输出端子41与输出设备1的电源输入端子3之间。断路电路(KA1-2)是常开(normally open)接点，通过安全继电器KA1进行开闭控制。在本实施例中把安全继电器作为例子进行了列举，但是也可以使用其他开关(例如继电器、电磁接触器等)。

保护电路(断路器)QF2被设置在开关电路(KM1、KM2)与电源输出端子41之间。

短路电路(KA1-1)被设置在电源输入端子3和断路电路(KA1-2)的连接处P与接地极之间。短路电路(KA1-1)是常闭(normally close)接点，通过安全继电器KA1进行开闭控制。断路电路(KA1-2)以及短路电路(KA1-1)由安全继电器KA1进行开闭控制，两者以不会同时闭合的方式进行动作。电路切断器5由安全继电器KA1、短路电路(KA1-1)以及断路电路(KA1-2)构成。

开关电路(KM1、KM2)为闭合时，通过闭合断路电路(KA1-2)、断开短路电路(KA1-1)，来向输出设备1进行电源供给。

开关电路(KM1、KM2)为断开时，通过断开断路电路(KA1-2)、闭合短路电路(KA1-1)，来切断向输出设备1的电源供给。结果，即使在电源输出端子41错误地短路连接到电源输入端子3时，也能够通过短路电路(KA1-1)不向输出设备1进行电源供给。

电源4的电源输出端子41通过配线L1连接输出设备1的不间断供给电源用端子32，并且还通过配线L2连接电源输入端子3。这样，电源4向输出设备1提供电源(例如，24[V])。在电源输出端子41与不间断供给电源用端子32之间设置有保护电路(断路器)QF1，在电源输出端子41与电源输入端子3之间设置有保护电路(断路器)QF2以及2个开关电路(辅助接点)KM1、KM2。此外，与电源4的电源输出端子41不同的端子42连接接地极(0[V])。

开关电路KM1的开闭通过第1操作线圈71来控制，该第1操作线圈71根据来自第1CPU61的输出端子DO的信号进行动作。开关电路KM2的开闭通过第2操作线圈72来控制，该第2操作线圈72根据来自第2CPU62的输出端子DO的信号进行动作。此外，设置在伺服电源100与伺服放大器300之间的电磁接触器200的接点(主接点)的开闭也由第1CPU61，第2CPU62所控制。通过对与主接点连动的常闭接点监控第1CPU61、第2CPU62的输入端子DI来进行电磁接触器200的状态监视。电磁接触器200的主接点、开关电路(辅助接点)KM1、KM2、常闭接点(监控)通过向第1以及第2操作线圈71、72的信号而连动地进行动作。

接下来，对于安全继电器的动作使用图7所示的时序图进行说明。首先，在时间t₁之前，设定安全继电器KA1为断开，短路电路(KA1-1)为闭合状态，断路电路(KA1-2)为断开状态。

首先，对于把安全继电器KA1从断开切换到接通时的动作进行说明。在时刻t₁，安全继电器KA1变为接通之后直到时间t₂，维持短路电路(KA1-1)为闭合状态，断路电路(KA1-2)为断开状态。

之后，在时间t₂，短路电路(KA1-1)变为断开状态。结果，短路电路(KA1-1)以及断路电路(KA1-2)两者变为断开状态。

之后，在时间t₃，短路电路(KA1-1)变为断开状态，断路电路(KA1-2)变为闭合状态。

这样，在安全继电器KA1从断开到接通的过程中，能够使得KA1-1(常闭接点)和KA1-2(常开接点)不会同时闭合。

接下来，对于把安全继电器KA1从接通切换到断开时的动作进行说明。在时间t₄，安全继电器KA1从接通变为断开之后直到时间t₅，维持短路电路(KA1-1)为断开状态，断路电路(KA1-2)为闭合状态。

之后，在时间t₅，断路电路(KA1-2)变为断开状态。结果，短路电路(KA1-1)以及断路电路(KA1-2)两者为断开状态。

之后，在时间t₆，短路电路(KA1-1)为闭合状态，断路电路(KA1-2)为断开状态。

这样，在安全继电器KA1从接通到断开的过程中，能够使得KA1-1(常闭接点)和KA1-2(常开接点)不会同时闭合。

接下来，对于安全继电器KA1动作机构进行说明。图8用于说明本发明的实施例1所涉及的电路切断***的安全继电器KA1为断开时的常闭接点KA1-1以及常开接点KA1-2的动作的图。常开接点KA1-2具备可动接点P1和固定接点P2。安全继电器KA1为断开时，在接点P1与P2之间形成接点间间隙，常开接点KA1-2为断开状态。

另一方面，常闭接点KA1-1具备固定接点P3和可动接点P4。安全继电器KA1为断开时，接点P3与P4接触，常闭接点KA1-1为闭合状态。另外，可动接点P1和P4通过可动接点连接部C相连。

接下来，对于安全继电器KA1为接通时的动作进行说明。图9是用于说明本发明的实施例1所涉及的电路切断***的安全继电器为接通时的常闭接点以及常开接点的动作的图。安全继电器KA1为接通时，接点P1与P2接触，常开接点KA1-2为闭合状态。

另一方面，安全继电器KA1为接通时，在接点P3与P4之间形成接点间间隙，常闭接点KA1-1为断开状态。

在这里，各接点被构成为在接点P1与P2之间、或在接点P3与P4之间形成间隙，可动接点P1以及P4通过可动接点连接部C相连。结果，由于在可动接点P1以及P4移动的瞬间全部接点为不接触状态，因此常开接点KA1-2和常闭接点KA1-1不会一起为闭合状态。

这样，在本发明的实施例1所涉及的电路切断***中，可以使断路电路(KA1-2)和短路电路(KA1-1)分别为继电器接点。另外，还可以把断路电路(KA1-2)设为常开接点，把短路电路(KA1-1)设为常闭接点。进一步，如图8以及图9所示机械连接常开接点和常闭接点，通过机械连接，能够使常开接点和常闭接点不会同时闭合。

在这里，可以对电源输出端子41设置当流过预定值以上的电流时切断输出的保护电路。图10示出了在本发明的实施例1所涉及的电路切断***中，不间断供给电源用端子和电源输入端子短路时所流过的电流路径。在图10中，通过虚线箭头表示不间断供给电源用端子32和电源输入端子3短路时所流过的电流路径。

通过短路电路KA1-1，电源4短路，断路器QF1跳闸。通过在断路器QF1中使用高速切断的保护电路(例如电子式保护电路)，能够限制短路电流，减少对常闭接点的压力。

这样，即使在电源输出端子错误地短路连接到电源输入端子时，保护电路也能检测出由电源输出端子的短路所引起的过电流，切断电源输出端子的输出。

如以上说明，根据本发明的实施例1所涉及的电路切断***，根据安全继电器的接点间的连动性，利用常开接点和常闭接点不会同时接通的特性，在电源为断开的期间，在常闭接点使电源输出短路，由此能够在电源短路时不提供电源。

[实施例2]

接下来，对于本发明的实施例2所涉及的电路切断***进行说明。图11表示本发明的实施例2所涉及的电路切断***的结构图。本发明的实施例2所涉及的电路切断***102与本发明的实施例1所涉及的电路切断***101的不同点是：具有被输入多个输入信号(SFDI1、SFDI2)的第1CPU61、第2CPU62，使用输入到第1CPU61、第2CPU62中的输入信号进行输出设备1的电源输入端子3的电压监视以及断路电路KA1-2和短路电路KA1-1的状态监视，当第1CPU61、第2CPU62检测到电源输入端子3的电压异常、断路电路KA1-2以及短路电路KA1-1的状态异常时，通知异常。实施例2所涉及的电路切断***102的其他结构与实施例1所涉及的电路切断***101的结构相同，因此省略详细的说明。

如图11所示，在电路切断器51中设置有一端与电源24[V]连接的接点KA1-3。通过安全继电器KA1来控制接点KA1-3。来自接点KA1-3的信号SFDI1能够被输入第1CPU61，能够根据输入信号SFDI1监视安全继电器KA1的状态。

输出设备1的电源输入端子3(OUTP)的电压作为SFDI2由第2CPU62来监视。

根据以上内容，从第1CPU61的输入信号SFDI1、第2CPU62的输入信号SFDI2、电源输入端子3(OUTP)的电压以及安全继电器KA1的接通、断开状态，能够判断电路切断器51是否正常。图12表示它们的各种状态和有无异常的判定结果的例子。

例如，在使KM1以及KM2都断开时，SFDI1为接通、SFDI2为接通、OUTP为0[V]、KA1为断开，此时能够判断为电路切断***102正常。另外，KM1以及KM2都为接通时，SFDI1为断开、SFDI2为断开、OUTP为24[V]、KA1为接通，此时也能够判断为电路切断***102正常。

另一方面，SFDI1为接通、SFDI2为断开、OUTP为24[V]、KA1为断开时，如果正常则OUTP应该为0[V]，因此不管KM1以及KM2是接通还是断开，都能够判断为电路切断***102异常。另外，SFDI1为断开、SFDI2为接通、OUTP为0[V]、KA1为接通时，如果正常则OUTP应该为24[V]，因此不管KM1以及KM2是接通还是断开，都能够判断为电路切断***102异常。

如上所述，根据本发明的实施例2所涉及的电路切断***，通过监视电路切断器以及输出设备的端子电压能够检测电路的异常。

[实施例3]

接下来，对本发明的实施例3所涉及的电路切断***进行说明。图13表示本发明的实施例3所涉及的电路切断***的结构图。本发明的实施例3所涉及的电路切断***103与本发明的实施例1所涉及的电路切断***101的不同点是：断路电路KA1-2具有串联连接的至少一个断路电路部KA1-4；短路电路KA1-1具有并联连接的至少一个短路电路部KA1-3；至少一个断路电路部KA1-4与断路电路KA1-2进行同样的开闭；至少一个短路电路部KA1-3与短路电路KA1-1进行同样的开闭。实施例3所涉及的电路切断***103的其他结构与实施例1所涉及的电路切断***101的结构相同，因此省略详细的说明。

如图13所示，安全继电器KA1可以使用多接点结构的继电器，因此能够容易地实现电路切断器52。此外，在图13所示的例子中示出了在电路切断器52中作为断路电路串联连接2个接点的例子，但是并不限定于此例，也可以串联连接3个以上接点。另外，在图13所示的例子中示出了作为短路电路并联连接2个接点的例子，但是并不限定于此例，也可以并联连接3个以上接点。

通过设置与断路电路串联连接的至少1个断路电路部，能够减轻伴随接点开闭产生的电弧放电所带来的损害，能够延长接点寿命。进一步，通过设置与短路电路并联连接的至少1个短路电路部，即使由于异物的粘附等造成1个短路电路发生动作不良，其他短路电路也能够发挥作用。因此，根据本发明的实施例3所涉及的电路切断***，能够提高冗余性，提高接触可靠性以及实现接点的长使用寿命。

根据本发明的实施例所涉及的电路切断***，根据安全继电器的接点间的连动性，利用常开接点和常闭接点不会同时接通的特性，在电源为断开的期间，在常闭接点使电源输出短路，由此能够在电源短路时不提供电源。进一步，对于被接通/断开控制的电源输出，通过比较简单的电路(安全继电器1个)，在电源短路故障时，能够进行电源切断和短路故障的检测。

Claims

1.一种电路切断***，其特征在于，具有：

输出设备，其输出输出信号；

控制设备，其通过所述输出设备的所述输出信号而被控制；

所述输出设备所具备的电源输入端子，其用于向所述控制设备进行电源供给；

电源，其向所述输出设备进行电源供给，该电源具有接地极；

断路电路，其设置在与所述电源的所述接地极不同的电源输出端子与所述输出设备的所述电源输入端子之间；

开关电路，其设置在所述断路电路与所述电源输出端子之间；以及

短路电路，其设置在所述电源输入端子和所述断路电路的连接处与接地极之间，

所述断路电路以及所述短路电路以不会同时闭合的方式进行动作，

当所述开关电路为闭合时，通过闭合所述断路电路、断开所述短路电路，来向所述输出设备进行电源供给，

当所述开关电路为断开时，通过断开所述断路电路、闭合所述短路电路，来切断向所述输出设备的电源供给，并且即使在所述电源输出端子错误地短路连接到所述电源输入端子时，通过所述短路电路也不会向所述输出设备进行电源供给。

2.根据权利要求1所述的电路切断***，其特征在于，

所述电路切断***使用开关，

所述断路电路和所述短路电路分别作为所述开关，

所述断路电路为常开接点，所述短路电路为常闭接点，

将所述常开接点与所述常闭接点机械连接，

通过所述机械连接，使所述常开接点和所述常闭接点以不会同时闭合的方式进行动作。

3.根据权利要求1或2所述的电路切断***，其特征在于，

设置有当所述电源输出端子中流过预定值以上的电流时切断输出的保护电路，

即使在所述电源输出端子错误地短路连接到所述电源输入端子时，所述保护电路也会检测出由所述电源输出端子的短路所引起的过电流，并切断所述电源输出端子的输出。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电路切断***，其特征在于，

所述电路切断***具有：被输入多个输入信号的CPU，

使用输入到所述CPU的所述输入信号来进行所述控制设备的所述电源输入端子的电压监视以及所述断路电路和所述短路电路的状态监视，

当所述CPU检测到所述电源输入端子的电压异常、所述断路电路以及所述短路电路的状态异常时，通知异常。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电路切断***，其特征在于，

所述断路电路具有串联连接的至少一个断路电路部，

所述短路电路具有并联连接的至少一个短路电路部，

所述至少一个断路电路部与所述断路电路进行同样的开闭，所述至少一个短路电路部与所述短路电路进行同样的开闭。