DE3619723A1 - Kontaktbehaftete zusatzsteuerung fuer sicherheitsstromkreise - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontaktbehaftete Zusatzsteuerung für Sicherheitsstromkreise insbesondere zur Überwachung der sicherheitsrelevanten Funktionsbereiche elektrischer und elektronischer Betriebsmittel.

Zur Vermeidung von Gefahrenzuständen für Mensch und Maschine im Fehlerfall elektrischer und elektronischer Betriebsmittel sind besondere Sicherheitsmaßnahmen zu treffen.

Eine dieser Maßnahmen sind übergeordnete Verriegelungsschaltungen mit kontaktbehafteten Schaltgeräten wie Hilfsschütze oder gleichwertige Relais. Die Aktivierung solcher Sicherheitsstromkreise erfolgt durch entsprechende Befehlsgeber, wie Not-Aus-Befehlsgerät oder Positionsschalter zur Sicherheitsabschaltung von mechanischen Bewegungen, insbesondere von linearen Maschinenbewegungen. Die den Befehlsgeräten nachgeschaltete Verriegelungssteuerung arbeitete bisher in einfachem Schaltungsaufbau wie z. B. mit einem Hilfsschütz.

Nach der DIN VDE 0113 Teil 1 wird künftig für solche Sicherheitsschaltkreise der Einsatz von fehlerüberwachenden Hilfsschützkombinationen verlangt, und zwar derart, daß beim Versagen eines Schützes in der Sicherheitskette mindestens ein zweites Hilfsschütz die Abschaltung des oder der sicherheitsrelevanten Stromkreise übernimmt.

Ebenso ist eine Eigenüberwachung der Sicherheitskette beim Zuschalten der Steuerspannung vorgeschrieben, d. h., nach Zuschalten der Steuerspannung muß die Schließer-Öffnerfunktion jedes Hilfsschützes in der Sicherheitskette überprüft werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geforderten Auflagen nach DIN VDE 0113 Teil 1, sicher und wirtschaftlich mit schaltungstechnisch einfachen Mitteln durch Verwendung verfügbarer und standardisierter Schaltgeräte, zu erfüllen und somit ein redundantes Sicherheitsverhalten der Sicherheitskette und eine Eigenüberwachung der gesamten Verriegelungsschaltung in der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung für Sicherheitsstromkreise zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine kontaktbehaftete Zusatzsteuerung aus einem Funktionskreis und einem Fehlerüberwachungskreis besteht, wobei dem Funktionskreis für jede zu überwachende Maschinenbewegung je zwei Hilfsschütze oder gleichwertige Relais zugeordnet sind, deren Schließerkontakte in Reihe geschaltet ein redundantes Sicherheitsverhalten aufweisen und direkt auf den oder die Laststromkreise mit sicherheitsrelevanter Funktion und indirekt durch Rückmeldung auf die Eingänge elektrischer und elektronischer Betriebsmittel wirken, und daß der Fehlerüberwachungskreis die Öffner-Schließerfunktion jedes Hilfsschützes oder kontaktbehafteten Relais der kontaktbehafteten Zusatzschaltung überwacht, indem bei jeder Zuschaltung die Steuerspannung bzw. des Not-Aus Potentials die Funktion der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung durch eine dynamische Fehlersimulation überprüft wird.

Weiterhin ist es nach der Erfindung von Bedeutung, daß die kontaktbehaftete Zusatzsteuerung den Not-Aus Sicherheitsstromkreis oder andere Sicherheitsstromkreise ergänzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, daß im Fehlerfall eines der Hilfsschütze in der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung nur der diesem Hilfsschütz zugehörige Funktionsstromkreis unterbrochen wird.

Der fehlerüberwachte Schaltungsaufbau mit kontaktbehafteten Schaltgeräten, wie Hilfsschütze, erfordert mindestens zwei Hilfsschütze, deren Kontakte in Reihe geschaltet den Sicherheitsstromkreis freigeben oder sperren. Bezogen auf elektronische Betriebsmittel arbeiten die in Reihe geschalteten Kontaktpfade direkt auf die Spannungsversorgungsleitungen der Ausgangstransistoren, -Triac's oder -Relais. Sie schalten sicherheitsgerichtet unmittelbar den Verbraucher spannungsmäßig frei.

Auf dieses redundante Sicherheitsverhalten bezieht sich der Erfindungsgedanke, der eine Schaltungsanordnung mit zwei Hilfsschützen oder gleichwertigen Relais vorsieht und eine dieser Schaltungsanordnung zugeordnete Fehlerüberwachung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kontaktbehafteten Zusatzschaltung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 Funktions- und Fehlerüberwachungskreis der erfindungsgemäßen kontaktbehafteten Zusatzschaltung.

Fig. 2 Die Not-Aus Sicherheitskombination, die von der erfindungsgemäßen kontaktbehafteten Zusatzsteuerung ergänzt wird.

Fig. 3 Die Verriegelungskontaktanordnung der Hilfsschützkontakte aus der kontaktbehafteten Zusatzschaltung in der Ansteuerung der elektronischen Eingangsebene und der Spannungsversorgung.

Fig. 4 Steuerdiagramm der dynamischen Fehlersimulation in der kontaktbehafteten Zusatzschaltung nach einschalten der Steuerspannung bzw. des Not-Aus Potentials.

Fig. 1 zeigt den Funktions- und Fehlerüberwachungskreis der erfindungsgemäßen kontaktbehafteten Zusatzschaltung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die obere und untere Positionierbegrenzung der Linearüberwachungen 1 und 2 zu überwachen. Die zwangsöffnenden Sicherheitsgrenzschalter S 10 und S 20 sollen ein sofortiges Abschalten des entsprechenden Bewegungsablaufes der Maschinen bewirken.

In der Normalstellung der Maschine sind die Sicherheitsgrenzschalter S 10 und S 20 nicht betätigt und deren Öffnerkontakte 21-22 geschlossen.

Da KO 41 und KO 51 abgefallen sind, wird bei Zuschaltung des Not-Aus Potentials LO 13 zunächst der Fehlerüberwachungskreis aktiv. KO 31 schaltet ein, wenn die Öffner 61-62 aller anderen Hilfsschütze geschlossen sind. Hierdurch wird überprüft, ob alle anderen Hilfsschütze abgefallen sind.

KO 31 hält sich selbst über seinen Schließer 13-14, wobei die Öffner 71-72 von KO 51 überprüft werden. KO 31 öffnet die Strompfade der Bewegungen 1 und 2 mit dem Öffner 61-62 (71-72) und schaltet KO 41 und KO 51 über seinen Schließer 23-24 ein. KO 41 und KO 51 schalten, bedingt durch das Öffnen ihrer Öffnerkontakte 61-62 und 71-72, das Hilfsschütz KO 31 ab. Somit schließen sich die Strompfade für KO 11, KO 12, KO 22 über die Öffner 61-62 (71-72) von KO 31 und die Schließer 13-14 (23-24) der Hilfsschütze KO 41 und KO 51. Bis zu diesem Zeitpunkt haben sich KO 41 und KO 51 über die Öffner 71-72 der Hilfsschütze KO 11, KO 12, KO 21 und KO 22 sowie über ihre Schließer 33-34 selbst gehalten. Die Öffner 71-72 in diesem Strompfad öffnen alle, da KO 11-KO 22 im Funktionskreis eingeschaltet sind und sich über ihre Schließer 13-14 selbst halten. KO 41 und KO 51 schalten ab.

Der hier beschriebene Schaltvorgang mit Folgeverhalten läuft nach jedem Einschalten der Versorgungsspannung bzw. des Not-Aus Potentials gleichermaßen ab und stellt eine dynamische Fehlersimulation zur Eigenüberwachung der kontaktbehafteten Zusatzschaltung dar. In diesem Schaltzyklus wird jedes Hilfsschütz auf seine Öffner- und Schließerfunktion geprüft. Ein fehlerhaftes Hilfsschütz verhindert den Anlauf der Maschinenfunktion.

In Fig. 4 ist ein Steuerdiagramm dargestellt, welches die dynamische Fehlersimulation der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung nach Einschalten der Steuerspannung bzw. des Not-Aus Potentials verdeutlicht.

Hier bedeutet die Zeit t₁ die Ansprechverzögerung des Hilfsschützes KO 31. Die Zeit t₂ bedeutet die Ansprechverzögerung von KO 41 und KO 51. Die Zeit t₃ setzt sich aus der Ansprechverzögerung der Hilfsschütze KO 11-KO 22 und der Abfallverzögerung von KO 41 und KO 51 zusammen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Schließer X von KO 11 und Y von KO 12 in Reihe geschaltet. KO 11 und KO 12 geben über die Schließer X die Bewegung 1 frei und geben Signale auf die SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) als Rückmeldung für die Bewegung 1. Gleiches gilt für KO 21 und KO 22 für die Schließer Y und die Bewegung 2. Ein Fehler eines Hilfsschützes würde diese Kontaktpfade unterbrechen ebenso wie das Anfahren bzw. Betätigen des Sicherheitsschalters S 10 (S 20).

Von großem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Zusatzschaltung ist es, daß sämtliche möglichen Fehler in der Verriegelungsschaltung sofort erkannt werden, den Bewegungsablauf der Maschine unterbrechen und somit eine Gefahr für Mensch und Maschine ausgeschlossen wird.

In Fig. 2 ist die von der erfindungsgemäßen Zusatzschaltung ergänzte Not-Aus Sicherheitskombination dargestellt. Auch diese Schaltkombination weist das geforderte redundante Schaltverhalten auf.

Fig. 3 zeigt die Verriegelungskontaktanordnung der Hilfsschützkontakte oder gleichwertigen Relaiskontakte aus der kontaktbehafteten Zusatzschaltung in der Ansteuerung der elektronischen Eingangsebene und in der Spannungsversorgung. Die Ausgangstransistoren -Triac's oder -Relais 0.0 bis 1.2 werden mit +24 V LO 11 über einen Sicherungsautomaten F 4 und über die Freigabe der Not-Aus Sicherheitskombination Fig. 2 über KO 3 und KO 4 33-34 mit Not-Aus Potential LO 13 versorgt.

Die Sicherheitskontakte 23-24 von KO 11-KO 22 sind in die Spannungsversorgungsleitung der Q-Baugruppen O-1 in den sicherheitsrelevanten Ansteuerbereich geschaltet und schalten bei einem Fehlerfall der Zusatzschaltung Fig. 1 den Verbraucher V 1-V 3 unmittelbar strommäßig frei.

Alle Q-Baugruppen 2-n, deren Ausgänge keine zu überwachenden Funktionen steuern, können direkt mit +24 LO 11 über einen Sicherungsautomaten F 3 versorgt werden.

Die Eingänge werden mittels Betätigungselemente mit +24 V LO 11 über einen Sicherungsautomaten F 5 mit LO 14 angesteuert. Die Schließer 23-24 der Hilfsschütze KO 3 und KO 4 bedeuten die Freigabe der Steuerspannung über die Not-Aus Sicherheitskombination Fig. 2 und wirken auf den Elektronikeingang I 0.0. Die Rückmeldungen aus der Zusatzschaltung mit den Kontakten 33-44 der Hilfsschütze KO 11-KO 22 wirken auf die Eingänge I 2.2 und I 2.3 der Elektronik. Hiermit könnten z. B. in speicherprogrammierbaren Steuerungen Programmeingriffe erfolgen, um z. B. optische oder akustische Warnmeldungen zu aktivieren oder softwaremäßige Verriegelungen durchzuführen.

Die anhand der Zeichnung beschriebene erfindungsgemäße kontaktbehaftete Zusatzschaltung für Sicherheitsstromkreise ist universell einsetzbar. In der Zeichnung und Beschreibung ist zur besseren Überschaubarkeit ein einfaches Schaltungsbeispiel aufgegriffen. Selbstverständlich sind andere Schaltungskonfigurationen, mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen, für Sicherheitsstromkreise möglich.

Claims (3)

1. Kontaktbehaftete Zusatzsteuerung für Sicherheitsstromkreise insbesondere zur Überwachung der sicherheitsrelevanten Funktionsbereiche elektrischer und elektronischer Betriebsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktbehaftete Zusatzsteuerung (Fig. 1) aus einem Funktionskreis (A) und einem Fehlerüberwachungskreis (B) besteht, wobei dem Funktionskreis (A) für jede zu überwachende Maschinenbewegung je zwei Hilfsschütze oder gleichwertige Relais (KO 11, KO 12 bzw. KO 21, KO 22) zugeordnet sind, deren Schließerkontakte (X bzw. Y) in Reihe geschaltet, ein reduntantes Sicherheitsverhalten aufweisen und direkt auf den oder die Laststromkreise mit sicherheitsrelevanter Funktion und indirekt durch Rückmeldung auf die Eingänge elektrischer oder elektronischer Betriebsmittel wirken, und daß der Fehlerüberwachungskreis (B) die Öffner-Schließerfunktion jedes Hilfsschützes oder gleichwertiger Relais der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung (Fig. 1) überwacht, indem bei jeder Zuschaltung der Steuerspannung bzw. des Not-Aus Potentials (LO 13) die Funktion der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung durch eine dynamische Fehlersimulation (Fig. 4) überprüft wird.

2. Kontaktbehaftete Zusatzsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontaktbehaftete Zusatzsteuerung (Fig. 1) den Not-Aus Sicherheitsstromkreis (Fig. 2) oder andere Sicherheitsstromkreise, ergänzt.

3. Kontaktbehaftete Zusatzsteuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall eines, in der kontaktbehafteten Zusatzsteuerung (Fig. 1) befindlichen Hilfsschützes oder gleichwertigen Relais, nur der fehlerhafte Funktionskreis abgeschaltet wird.