DE3937122C2 - Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, die mindestens zwei zwangsgeführte Relais enthält, die in Freigabestromkreisen angeordnete Schließerkon­ takte aufweisen, wobei jeweils ein Schließerkontakt des einen Relais mit einem Schließerkontakt des anderen Relais im jeweiligen Freigabestromkreis in Reihe gelegt ist.

Eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Gattung ist aus der Firmendruckschrift "SRB - Grundbaustein für Sicher­ heitsstromkreise", Seiten 6 und 7 der Fa. ELAN bekannt. Diese Schaltungsanordnung enthält drei zwangsgeführte Relais bzw. Hilfsschütze. Das erste Relais ist mit seiner Spule in Reihe mit je einem Öffnerkontakt, einem Ein-Tastschalter, einem Aus-Tast­ schalter und einem Not-Aus-Schalter an eine Steuerspannungs­ quelle angeschlossen. Die Reihenschaltung eines Schließerkontakts mit der Parallelschaltung je eines Schließerkontakts zweier weiterer Relais ist als Selbsthaltekreis zwischen der Spule des ersten Relais und dem Aus-Tastschalter angeordnet. Das zweite Relais ist mit seiner Spule über die Parallelschaltung je eines Schließerkontakts des ersten und zweiten Relais mit dem Aus- Tastschalter verbunden. Das dritte Relais ist über die Parallel­ schaltung eines Schließerkontaktes des ersten Relais und eines Schließerkontakts des dritten Relais an den Aus-Tastschalter angeschlossen. Bei der bekannten Schaltung werden zwangsgeführte Relais verwendet, mit denen eine Verbesserung bezüglich der Sicherheit erreicht wird. Befinden sich die Kom­ ponenten der Schaltung in einwandfreiem Zustand, dann zieht zuerst das erste Relais an und geht in Selbsthaltung, wenn die anderen Relais noch abgefallen sind. Danach ziehen die anderen Relais an, wodurch das erste Relais zum Abfallen gebracht wird. Bei einem Fehler in einem der drei Hilfsschütze wird der Freigabestromkreis entweder nicht geschlossen, wenn ein Fehler beim Einschalten bereits vorhanden ist, oder unterbrochen, wenn der Fehler während des Betriebes auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsordnung der eingangs beschriebe­ nen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit möglichst wenig Relais eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils ein Öffnerkontakt jedes Relais einerseits mit einem Ein-Tastschalter, der in Reihe mit einem Aus-Tastschalter und einem Not-Aus-Schalter an einen Pol einer Steuerspannungsquelle angeschlossen ist, und andererseits mit einem Eingang eines fehlersicheren UND-Glieds verbunden ist, das aus­ gangsseitig mit den Spulen der beiden Relais verbunden ist, und daß die Spulen gemeinsam über die Reihenschaltung je eines Schließerkontakts der Relais in einem Selbsthaltezweig mit dem Aus-Tastschalter verbunden sind. Bei dieser Schaltungsanordnung erübrigt sich ein Relais, das bei einwandfrei arbeitender Schaltung nach dem Einschalten die beiden anderen Relais einschaltet und dann wieder abfällt. Die Anordnung arbeitet mit nur zwei zwangs­ geführten Relais, bei denen gewährleistet ist, daß die Öffnerkontakte geöffnet sind, bevor die Schließerkontakte geschlossen sind. Das fehlersichere UND-Glied, das auch als "Fail-Safe"- Schaltung bezeichnet wird, geht bei einem internen Fehler in den sicheren Zustand über, in dem kein Ausgangssignal auftritt. Bei einem Fehler im fehlersicheren UND-Glied kann die Anordnung deshalb nicht eingeschaltet werden.

Die oben beschriebene Schaltung arbeitet nach den Regeln gemäß VDE 0113, Abschnitt 5.7.1b und e, wobei vorteilhafterweise auch von elektronischen Bauteilen Gebrauch gemacht wird. Eine Beson­ derheit ist darin zu sehen, daß zwangsgeführte Relais mit einem "Faile-Safet"-UND in einer Art und Weise verknüpft werden, die eine neue sichere Not-Aus-Schaltung zum Ergebnis hat. Das "Faile-Safe"-UND-Glied hat in dieser Schaltung sowohl eine Spei­ cher- als auch eine Kontrollfunktion. Zum einen übernimmt es die UND-Verknüpfung der beiden zwangsgeführten Relais, also der elektromechanischen Teile dieser Schaltung, zum anderen dient es der Kontrolle und Speicherung des einwandfreien Funktionieren eines der Komponenten dieser Schaltung. Sollte eine dieser Kom­ ponenten, sei sie nun elektronisch oder elektromechanisch, einen Defekt aufweisen, so reagiert die Schaltung mit einer Betriebs­ hemmung, wodurch der geforderte "sichere Zustand" erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Relais abfallverzögert sind. Es reicht eine geringe Abfallverzöge­ rung aus, die verhindert, daß ein Relaisflattern auftreten kann. Insbesondere beträgt die Abfallverzögerung einige Millisekunden.

Vorzugsweise ist ein Relais mit seinem zweiten Anschluß unmittel­ bar mit dem zweiten Pol der Steuerspannungsquelle verbunden, während das andere Relais mit seinem zweiten Anschluß über einen weiteren Kontakt des Not-Aus-Schalters an den zweiten Pol der Steuerspannungsquelle gelegt ist. Der Vorteil dieser Anord­ nung besteht darin, daß eine Sicherheit gegen Querschlüsse erreicht wird.

Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform sind zwei weitere zwangsgeführte Relais mit ihren Spulen jeweils parallel zu den Spulen der anderen Relais angeordnet, wobei Öffnerkontakte der weiteren Relais in Reihe zwischen dem Ein-Tastschalter und den parallelen Öffnerkontakten der anderen Relais angeordnet sind und wobei Schließerkontakte der weiteren Relais in Reihe mit den Schließerkontakten der anderen Relais im Selbsthaltezweig angeordnet sind. Diese Anordnung wird dann eingesetzt, wenn die Schließerkontakte der ersten beiden Relais nicht für die gewünschte Zahl von Freigabe­ stromkreisen ausreichen. Durch die weiteren Relais werden zusätzliche Schließerkontakte für Freigabestromkreise verfügbar gemacht, wobei für alle Freigabestromkreise die gleiche Zuverlässigkeit vorhanden ist.

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf Sicherheitsstromkreise wie Not-Aus-Kreise, Folgebeschaltungen für Schutztürabsicherung, Zustimmtasterbetrieb oder andere Bewegungs­ abläufe, die Personenschutzfunktionen erfüllen. Nachfolgend werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung mit Sicherheitsfunktion und

Fig. 2 ein Schaltbild einer anderen Anordnung mit Sicherheitsfunktion.

Eine für das Ein- und Ausschalten von Industriemaschinen verwendete Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion enthält zwei zwangsgeführte Relais (K1), (K2), deren Spulen in Fig. 1 und 2 mit (K1S) und (K2S) bezeichnet sind. An einen Pol (1) einer Steuerspannungsquelle ist eine Sicherung (2) angeschlossen, der ein Öffnerkontakt (3) eines Not-Aus-Schalters (4) nachgeschaltet ist. In Reihe mit dem Öffnerkontakt (3) ist der Kontakt eines Aus-Tast­ schalters (5) angeordnet. Der Aus-Tastschalter (5) ist an seiner einen Anschlußstelle einerseits mit einem Ein-Tastschalter (6) und andererseits mit einem Schließerkontakt (K11) des Relais (K1) verbunden, der in Reihe mit einem Schließerkontakt (K21) des Relais (K2) angeordnet ist.

Dem Ein-Tastschalter (6) sind parallel ein Öffnerkontakt (K12) des ersten Relais (K1) und ein Öffnerkontakt (K22) des zweiten Relais (K2) nachgeschaltet. Mit dem Öffnerkontakt (K12) ist ein Eingang (E1) eines fehlersicheren UND-Glieds (7) verbunden, dessen zweiter Eingang (E2) an den Öffnerkontakt (K22) des zweiten Relais angeschlossen ist. Das fehlersichere UND-Glied gibt nur bei einwandfreier Arbeitsweise und bei Beaufschlagung beider Eingänge mit z. B. High-Signalen, d. h. Signalen, denen ein bestimmter binärer Wert zugeordnet ist, an seinem Ausgang (8) ein entsprechendes Signal ab. Fehlersichere UND-Glieder, die auch als "Fail-Safe"-UND-Glieder bezeichnet werden, sind an sich bekannt.

An den Ausgang des UND-Glieds (7) sind die Spulen (K1S) und (K2S) je mit einem Anschluß gelegt. Der zweite Anschluß der Spule (K1S) ist an den zweiten Pol (9) der Steuerspannungsquelle angeschlossen, der mit Masse in Verbindung steht. Parallel zur Spule (K1S) ist ein aus einem Kondensator (10) und einem Wider­ stand (11) bestehendes RC-Glied gelegt, durch das eine Abfall­ verzögerung des Relais (K1) erzielt wird. Der zweite Anschluß der Spule (K2S) ist über einen zweiten Öffnerkontakt (12) des Not-Aus-Schalters (4) mit dem Pol (9) verbunden. Parallel zu der Spule (K2S) ist die Reihenschaltung eines Kondensators (13) und eines Widerstands (14) angeordnet. Die aus diesen beiden Bauele­ menten bestehende RC-Schaltung bewirkt eine Abfallverzögerung des Relais (K2).

Jedes der Relais (K1) und (K2) besitzt weitere Schließerkontakte. Beispielsweise enthalten die Relais (K1) und (K2) jeweils vier Schließerkontakte (K13), (K14), (K15), (K16) und (K23), (K24), (K25) und (K26). Jeweils zwei Schließerkontakte (K14), (K24) bzw. (K15), (K25) bzw. (K13), (K23) und (K16), (K26) sind in Reihe in einem Freigabestromkreis (15), (16), (17), (18) ange­ ordnet. In einem Anzeigestromkreis sind je ein Öffnerkontakt (K17) des ersten Relais (K1) und ein Öffnerkontakt (K27) des zweiten Relais (K2) in Parallelschaltung angeordnet. Die Reihen­ schaltung der Schließerkontakte (K21) und (K11) ist als Selbst­ haltekreis mit den Spulen (K1S) und (K2S) verbunden.

Die Fig. 1 zeigt in Kreisen angeordnete Ziffern, die den entspre­ chend gekennzeichneten Kontaktanschlüssen von kommerziell erhältlichen Relais Not-Aus-Schaltern, Ein-Tastschaltern oder Aus-Tastschaltern entsprechen.

Nach Anlegen der Versorgungsspannung und Betätigen des Ein- Tastschalters (6) werden die beiden Eingänge (E1) und (E2) des UND-Gliedes (7) über die in Reihe befindlichen Öffnerkontakte mit Spannungen beaufschlagt.

Das UND-Glied (7) steuert durch, und die Relais (K1) und (K2) ziehen an. Danach gehen die Relais (K1), (K2) über die in Reihe geschalteten Schließerkontakte (K11) und (K22) in Selbsthaltung. Damit kein Relaisflattern auftritt, sind die Relais abfallverzögert beschaltet. Es reichen Verzögerungszeiten von wenigen Millise­ kunden aus. Wenn die Relais (K1) und (K2) angezogen haben, schalten die Freigabestromkreise (15) bis (18) durch. Die Schal­ tung ist nach den Kriterien der VDE 0113 Abschnitt 5.7 konzi­ piert, d. h. sie ist einfehlersicher.

Tritt z. B. ein Fehler an einem der Kontakte auf (Verschweißen), dann wird dieser Fehler beim nächsten Zyklus, d. h. beim näch­ sten Einschalten erfaßt, und es wird mit einer Betriebshemmung reagiert.

Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunkti­ on, die bei einer vorgegebenen Zahl von für die Freigabestrom­ kreise an einem Relais verfügbaren Kontakte mehr Kontakte für Freigabestromkreise aufweist. Gleiche Elemente in den Fig. 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung kann in Form einer Bau­ gruppe ausgebildet sein, die Steckverbindungsanschlüsse (19), (20), (21), (22), (23), (24), (25) und (26) aufweist.

Neben den beiden zwangsgeführten Relais (K1) und (K2) enthält die in Fig. 2 dargestellte Anordnung noch zwei zwangsgeführte Relais (K1A) und (K2A), durch die die Zahl der Kontakte für die Freigabestromkreise erhöht wird. Die Spulen der Relais (K1A) und (K2A) sind in Fig. 2 mit (K1AS) und (K2AS) bezeichnet. Die Spule (K1AS) ist über die Steckverbinderanschlüsse (21), (22) zu der Spule (K1S) parallel geschaltet. Die Spule (K2AS) ist über die Steckverbinderanschlüsse (23), (24) zu der Spule (K2S) parallel gelegt. Das Relais (K1A) enthält einen Öffnerkontakt (K1A1), der in Reihe mit einem Öffnerkontakt (K2A1) des Relais (K2A) angeordnet ist. Die beiden Öffnerkontakte (K1A1) und (K2A1) sind zwischen dem Ein-Tastschalter (5) und den Öffner­ kontakten (K12), (K22) angeordnet, wobei die Verbindung über die beiden Steckkontaktanschlüsse (19), (20) hergestellt ist.

Ein Schließerkontakt (K1A2) des Relais (K1A) und ein Schließer­ kontakt (K2A2) des Relais (K2A) sind in Reihe zu den Schließer­ kontakten (K11), (K12) im Selbsthaltekreis der Relais (K1), (K2), (K1A) und (K2A) angeordnet. Die Verbindung der Schließerkon­ takte (K1A2) und (K2A2) zu der Baugruppe wird über die Steck­ verbinderkontakte (25), (26) hergestellt.

Das Relais (K1) enthält bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung z. B. noch die Schließerkontakte (K13), (K14) und (K15) sowie den Öffnerkontakt (K17). Das Relais (K2) enthält bei der Anord­ nung gemäß Fig. 2 noch die Schließerkontakte (K23), (K24) und den Öffnerkontakt (K27). Die Öffnerkontakte (K14) und (K23) sowie (K15) und (K24) sind nicht näher bezeichneten Freigabe­ stromkreisen in Reihe geschaltet. Die Schließerkontakte (K17) und (K27) sind in einem Meldekreis parallel geschaltet. Der Schließer­ kontakt (K13) ist frei verfügbar. Anstelle des Schließerkontakts (K13) kann auch ein Öffnerkontakt des Relais (K1) in einem in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Stromkreis angeordnet sein.

Die weiteren Relais (K1A) und (K2A) enthalten jeweils weitere Schließerkontakte (K1A3), (K1A4), (K1A5) und (K2A3), (K2A4) und (K2A5), die paarweise in Reihe in Freigabestromkreisen angeordnet sind. Weiterhin sind Öffnerkontakte (K1A6) und (K2A6) in einem Meldekreis parallel geschaltet.

Durch die Anordnung des Kontakts (12) in der Verbindungslei­ tung des Relais (K2) bzw. der Relais (K2), (K2A) zum Massean­ schluß wird die Schaltung gemäß Fig. 1 bzw. 2 querschlußsicher, d. h. es wird eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit erreicht.

Die Ziffern in Kreisen bezeichnen bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ebenfalls Anschlüsse von kommerziell verfügbaren Relais.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß unter Relais auch Hilfs­ schütze zu verstehen sind.

Die oben beschriebenen Schaltungen vermeiden die Nachteile von Sicherheitsschaltungen mit zwei nicht zwangsgeführten Relais. Gegenüber Sicherheitsschaltungen mit zwangsgeführten Relais haben die Schaltungen den Vorteil eines einfacheren Aufbaus, wodurch sich auch Einsparungen im Raumbedarf ergeben.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung mit Sicherheitsfunktion, die mindestens zwei zwangsgeführte Relais enthält, die in Freigabestrom­ kreisen angeordnete Schließerkontakte aufweisen, wobei jeweils ein Schließerkontakt des einen Relais mit einem Schließerkontakt des anderen Relais im jeweiligen Freigabe­ stromkreis in Reihe gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Öffnerkontakt (K12, K22) jedes Relais einer­ seits mit einem Ein-Tastschalter (6), der in Reihe mit einem Aus-Tastschalter (5) und einem Not-Aus-Schalter (4) an einen Pol (1) einer Steuerspannungsquelle angeschlossen ist, und andererseits mit einem Eingang (E1, E2) eines fehlersi­ cheren UND-Glieds (7) verbunden ist, das ausgangsseitig mit den Spulen (K1S, K2S) der beiden Relais verbunden ist und daß die Spulen (K1S, K2S) gemeinsam über die Reihenschal­ tung je eines Schließerkontakts (K11, K21) der Relais in einem Selbsthaltekreis mit dem Aus-Tastschalter (5) verbun­ den sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais abfallverzögert sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallverzögerung der Relais einige Millisekunden beträgt.

4. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais mit seinem zweiten Anschluß unmittelbar mit dem zweiten Pol (9) der Steuerspannungsquelle verbunden ist und daß das andere Relais mit seinem zweiten Anschluß über einen weiteren Kontakt (12) des Not-Aus-Schalters (4) an den zweiten Pol der Steuerspannungsquelle gelegt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere zwangsgeführte Relais mit ihren Spulen (K1AS, K2AS) jeweils parallel zu den Spulen der anderen Relais angeordnet sind, daß Öffnerkontakte (K1A1, K2A1) der weiteren Relais in Reihe zwischen dem Ein-Tastschalter (5) und den parallelen Öffnerkontakten (K12, K22) der anderen Relais angeordnet sind und daß Schließerkontakte (K1A2, K2A2) der weiteren Relais in Reihe mit den Schlie­ ßerkontakten (K11, K21) der anderen Relais im Selbsthalte­ zweig angeordnet sind.