EP2826052A1 - Sicherheitsrelaisschaltung - Google Patents

Sicherheitsrelaisschaltung

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EP2826052A1
EP2826052A1 EP13709093.2A EP13709093A EP2826052A1 EP 2826052 A1 EP2826052 A1 EP 2826052A1 EP 13709093 A EP13709093 A EP 13709093A EP 2826052 A1 EP2826052 A1 EP 2826052A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit
relay
state
switch
detection means
Prior art date
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Application number
EP13709093.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2826052B1 (de
Inventor
Fabian Zink
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2826052A1 publication Critical patent/EP2826052A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2826052B1 publication Critical patent/EP2826052B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/161—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off" comprising light emitting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/002—Monitoring or fail-safe circuits

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for switching a load circuit in safety technology, with error states of the relay to be detected.
  • electromagnetic relays are preferably used.
  • the open position of a load circuit electromagnetic relays are preferably used.
  • Relay switch take its open position, which is detectable, but if it is by a foreign body or by metal break a bridge between the
  • the invention has for its object to provide a safety relay circuit, in which
  • Error states can be reliably detected at the relay switch.
  • a monitoring circuit which the command input to an electromechanical relay with a relay switch position or the
  • the relay switch of two relays in the load circuit are connected in parallel with each other in the invention.
  • the other relay switch causes the current path to close to the load.
  • it must be required that faults are detected, even if they do not immediately lead to a faulty circuit, because the fault in one of the relay switches is cured by the correct operation of the other relay switch.
  • Relay switch is a display circuit is provided, however, is able to detect disturbances due to erroneous bridging at the relevant relay switch by current detection means.
  • Display circuit on a light emitting diode which is operated via an associated auxiliary power source.
  • Terminal contact points of the faulty relay switch are electrically connected to each other, then the associated LED lights up due to operation through the Auxiliary voltage source and it is possible to turn off the load circuit by switching the non-faulted relay. This can be done within one
  • a fault in the switch-off safety relay circuit can also when the load circuit is de-energized
  • Monitor circuit welded should be or if one of the relay switch a "three-point contact bridging" sets, then this is when interrogating the display circuit due
  • the load current can possibly lead to an overload of the current detection means, which can be averted by a fuse ("polyfuse").
  • FIG. 4 in fault state II (three-point contact bridging)
  • FIG. 5 in fault state III (two-point contact bridging)
  • Fig. 7 is a schematic representation of
  • Fig. 12 is a schematic representation of
  • FIGS. 1 to 5 which is a
  • the safety circuit comprises a load circuit LN between the terminals L and N, which can be switched on and off by a relay Kl, a display circuit AI, the
  • Circuit arrangement as a whole rated as "error-free” or as "faulty".
  • the relay Kl has as electromechanical relay a switch tongue kl, which switches between a closing point Sl and a ⁇ ffnerddling oil and is connected to a common point Gl.
  • the display circuit AI comprises an auxiliary power source Hl and current detection means in the form of a light emitting diode LED1 and is connected to the switching points Gl and oil. Depending on the position of the switch kl, the light emitting diode LED1 is in operation or out of operation.
  • the switched-on state of the light-emitting diode is indicated by arrows, while in the switched-off state the arrows are omitted.
  • the evaluation circuit comprises an integrated circuit IC1 which can make logic operations in such a way that two similar input signals give an output signal "error-free", which is represented here by a "0", and two dissimilar input signals to the
  • Output of an error signal leads, which is symbolized here by a "1."
  • the integrated circuit IC1 As input signal to the integrated circuit IC1 on the one hand the command input to the relay Kl and on the other hand the signal of an opto-coupler is used, the signal of the LED LED1 in a
  • the optocoupler consists of a circuit with switching transistor Ql, by the light of the
  • LED LED1 is switched on and otherwise switched off.
  • a resistor in series with the transistor Ql and a tap leads the signal of the optocoupler to the integrated circuit IC1 of the evaluation circuit.
  • Fig. 1 shows the error-free state of
  • Display circuit AI turned on.
  • the LED LED1 lights up and turns on the transistor Ql, so the opto-coupler outputs the signal "0", which corresponds to the command signal "0" to the relay K1.
  • Integrated circuit ICl then outputs the error-free signal "0".
  • Fig. 2 shows the active state
  • Load circuit LN turns on and the display circuit AI turns off.
  • the optocoupler receives no
  • Fig. 3 shows a fault condition I, which can be characterized by suspended or welded contacts.
  • This fault condition I occurs when switching off the relay Kl and means that the relay is no longer safe. Because of the faulty position of the switching edge kl the diode LED1 does not light in the display circuit AI, so that the optocoupler outputs the signal "1" to the integrated circuit ICl, which detects the inconsistency between the command input to the relay Kl and the reaction of the display circuit AI and as error signal "1" outputs.
  • Fig. 4 shows a fault condition II, which may be referred to as "three-point contact bridging", because the
  • a fault condition III is outlined, which consists in a kind of two-point contact bridging.
  • the LED LED1 receives an overcurrent, which by a (not shown)
  • the circuit arrangement shown in Fig. 6 may be referred to as a safety relay with optical diagnosis.
  • the circuit comprises two electromagnetic relays K1 and K2 of a simpler, conventional design, connected in parallel to a control source, not shown, so that the relay coils are energized or de-energized. It is also possible to control the relays K1 and K2 through separate control circuits.
  • the relays K1 and K2 each have associated switches kl and k2, which have a
  • Excitation state of the relay coils can take.
  • the relay switches kl and k2 close a load circuit extending between the terminals L and N.
  • Each relay switch kl, k2 is associated with a display circuit AI or A2, which the
  • Relay switch kl in the illustrated rest position bridges the otherwise open display circuit AI to two (Gl, oil) of the three terminal contact points (Sl, Gl, oil) of the relay Kl and in the same way connects the switch k2 the corresponding terminal -Contact points (S2, G2, 02) of the relay K2 to close the second display circuit Ü2.
  • the relay switches kl and k2 are switched from their illustrated rest position (Fig. 7) to the operative position (Fig. 8), the display circuits AI and A2 are opened and the load circuit LN is closed.
  • H2 can be any kind of
  • the transformer forms a first transformer Tl as a first auxiliary voltage source Hl and a second transformer T2 as a second auxiliary voltage source H2.
  • Primary winding is subjected to voltage pulses to the respective auxiliary voltage sources Hl, H2 intermittently to be effective and to query the respective state of the display circuits AI, A2.
  • Fig. 7 shows a schematic diagram of the switch-off safety relay circuit in the idle state.
  • Connection contact points are indicated with Sl, Gl and oil resp. S2, G2 and 02.
  • the first relay switch kl closes the first display circuit AI between the contact points G1 and oil and the second relay switch S2 closes the second display circuit A2 between the contact points G2 and 02.
  • Arrows in the LEDs LED1 and LED2 indicate the light state of these diodes. If both diodes are fully lit, there is no fault condition in the currentless circuit of the load circuit, as has been explained with Fig. 1.
  • Fig. 8 shows the turn-off safety relay circuit in its active state in which the load circuit LN is turned on.
  • the switch kl connects the
  • the first display circuit AI is left open and the LED LED1 does not light up.
  • This error state I can be detected, as explained in detail with FIG. 3.
  • the discrepancy between the lighting states of LED1 and LED2 can be detected as an error.
  • the renewed restart of the load circuit can be prevented.
  • Display circuit AI in this fault is lit while LED2 of indicator circuit A2 goes out. When this error occurs, the load circuit should be de-energized immediately. immediate
  • Fig. 11 shows a fault state III ("two-point contact override") in which by breaking a
  • the described circuit arrangement thus comprises a monitoring circuit having display circuits AI, A2 and evaluation circuits according to FIGS. 1 to 5.
  • the evaluation circuits AI, A2 associated with integrated circuits can be combined with each other and additionally contain a further logic circuit integrated with the positions of the relay switch kl, k2 and the response states of the LEDs LED1, LED2
  • FIG. 6 is modified in such a way that the switches k1, k2 lie parallel to one another in the load circuit LN, as is also apparent from FIGS. 12 and 13. Therefore, if one of the switches kl or k2 should fail, the other switch can make sure that the
  • Fig. 12 shows the sleep state of the turn-on safety relay circuit
  • Fig. 13 shows the active state thereof. At rest, both LEDs light up LEDl and LED 2 of the two display circuits AI and A2, and in the active state of the switch-on
  • the error state I at the relay Kl in snagging the switch kl at a contact point (here oil). This can be determined according to the monitoring method as described in FIG. Alternatively or additionally, the error state I ("Hanging
  • fault state II (three-point contact override)
  • all three terminal contact points Sl, Gl, oil of the relay K1 have electrical contact with each other, which can be detected as described in Fig. 4.
  • the fault condition II can be detected when the relay K1 is energized , because the light states of the light-emitting diodes LED1 and LED2 differ, and in error state III ("two-point contact override") there is a bridging between the two
  • Connection contact points Sl and oil The can be determined according to the method of FIG. 5.
  • the two described methods of fault detection are suitably combined with each other in the monitoring circuit, the control positions of the relay switches kl and k2 and the response states of the diodes LED1 and LED2 are logically linked together to detect the fault conditions at the respective relay switches kl, k2.
  • Monitoring circuit the two display circuits AI, A2 and associated evaluation circuits and

Landscapes

  • Relay Circuits (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

Sicherheitsrelaisschaltung, insbesondere mit zwei in Reihe oder parallel geschalteten Relaisschaltern (k1, k2) in einem Laststromkreis (LN). Dem Relaisschalter (k1) ist ein Schalterstellung-Anzeigestromkreis (A1) zugeordnet. Eine Auswerteschaltung vergleicht die Befehlseingabe an das Relais (k1) mit der Anzeige des Anzeigestromkreises (A1), wodurch auftretende Fehlerzustände an den Relaisschaltern feststellbar sind.

Description

SicherheitsrelaisSchaltung
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schalten eines Laststromkreises in Sicherheitstechnik, wobei Fehlerzustände des Relais detektiert werden sollen. Insbesondere soll die Stromlosschaltung des
Laststromkreises („Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung" ) oder das Einschalten („Einschalt-
Sicherheitsrelaisschaltung" ) des Laststromkreises
sicherzustellen sein. Um die Öffnungsstellung eines Laststromkreises sicher einhalten zu können, werden bevorzugt elektromagnetische Relais verwendet. In der Sicherheitstechnik wird die
Schaltstellung mechanischer Schaltkontakte überprüft, wobei es bekannt ist (EP 1 202 313 AI), ein Hochfrequenzsignal an den Kontrollkreis mit dem zu überprüfenden Schalter
anzulegen und die Schalterstellung mit einem
Hochfrequenzdetektor festzustellen. Zur Erhöhung der
Sicherheit ist es auch bereits bekannt, zwei Relaisschalter hintereinander in dem Laststromkreis anzuordnen. Die
Überprüfung der Schalterstellung mittels eines
Hochfrequenzkontrollkreises ist jedoch aufwändig und lässt gewisse Fehlerzustände nicht erkennen. So kann der
Relaisschalter seine geöffnete Stellung einnehmen, was feststellbar ist, aber wenn dabei durch einen Fremdkörper oder durch Metallbruch eine Überbrückung zwischen dem
Arbeitskontakt und dem Ruhekontakt des Relaisschalters zustande kommt, kann dieser Fehlerzustand mit der bekannten Einrichtung nicht festgestellt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsrelaisschaltung anzubieten, bei der
Fehlerzustände beim Relaisschalter sicher festgestellt werden können. Insbesondere soll die Stromlosschaltung eines Laststromkreises, oder das Einschalten des
Laststromkreises, sicher herbeigeführt werden können.
Gemäß Erfindung ist eine Überwachungsschaltung vorgesehen, welche die Befehlseingabe an ein elektromechanisches Relais mit einem die Relaisschalterstellung oder den
Relaisschalterzustand anzeigenden Stromkreis logisch verknüpft und daraus ein Fehler-Fehlerlos-Signal gewinnt. Um die Stromlosschaltung des Laststromkreises
sicherzustellen, werden bei der Erfindung die
Relaisschalter zweier Relais in Serie im Laststromkreis geschaltet. Wenn demnach einer der Schalter seinen
Öffnungszustand nicht erreicht, dann bewirkt doch der andere Relaisschalter, dass der Strompfad zur Last stromlos geschaltet worden ist.
Um das Einschalten des Laststromkreises sicherzustellen, werden bei der Erfindung die Relaisschalter zweier Relais im Laststromkreis parallel zueinander geschaltet. Wenn demnach einer der Schalter seinen Schließzustand nicht erreicht, dann bewirkt doch der andere Relaisschalter, dass der Strompfad zur Last geschlossen wird. Im Sinne der Sicherheitstechnik muss verlangt werden, dass Störungen festgestellt werden, auch wenn diese noch nicht unmittelbar zu einer Fehlschaltung führen, weil die Störung bei einem der Relaisschalter durch das korrekte Arbeiten des anderen Relaisschalters geheilt wird. Bei jedem
Relaisschalter ist ein Anzeigestromkreis vorgesehen, der jedoch Störungen wegen fehlerhafter Überbrückung bei dem betreffenden Relaisschalter durch Stromnachweismittel zu detektieren vermag.
In der bevorzugten Ausführungsform weist jeder
Anzeigestromkreis eine Leuchtdiode auf, die über eine zugeordnete Hilfsspannungsquelle betrieben wird. Bei der
Offenstellung eines bestreffenden Relaisschalters leuchtet die zugehörige Leuchtdiode voll auf und signalisiert so den korrekten Zustand des Schalters im Ruhezustand der
Schaltung. Wenn dagegen der Laststromkreis aktiv geschaltet ist und keine Störung bei den Relaisschaltern vorliegt, dann sind die Leuchtdioden dunkel geschaltet.
Wenn in der Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung bei der Stromlosschaltung des Laststromkreises eine der in Serie geschalteten Relaisschalter nicht abfallen sollte, etwa weil die Kontakte verschweißt sind, dann wird der
zugehörige Anzeigestromkreis nicht geschlossen und die zugehörige Leuchtdiode bleibt dunkel. Dies wird als Fehler bei dem betreffenden Relais erkannt und es kann verhindert werden, dass der Laststromkreis wieder eingeschaltet wird.
Wenn in der Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung beim
Aktivieren des Laststromkreises eine Störung bei einem der Relais dergestalt auftritt, dass alle drei
Anschlusskontaktpunkte des gestörten Relaisschalters elektrisch miteinander verbunden sind, dann leuchtet die zugeordnete Leuchtdiode wegen Betriebes durch die Hilfsspannungsquelle auf und es besteht die Möglichkeit, den Laststromkreis durch Umschalten des nicht gestörten Relais abzuschalten. Dies kann innerhalb einer
Sicherheitszeit geschehen.
Eine Störung in der Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung kann auch bei stromlos geschaltetem Laststromkreis
vorkommen, nämlich dass bei einem der Anzeigestromkreise der Stromfluss der Hilfsspannungsquelle gestört ist und die Leuchtdiode nicht richtig leuchtet. Dadurch kann erkannt werden, dass das betreffende Relais nicht mehr sicher ist. Das Einschalten des Laststromkreises kann verhindert werden . Wenn in der Einschalt-Sicherheitsrelaisschaltung einer der Relaisschalter mit dem Kontaktpunkt des
Überwachungsstromkreises verschweißt („hängende Kontakte") sein sollte oder wenn bei einem der Relaisschalter sich eine „Dreipunktkontakt-Überbrückung" einstellt, dann wird dies beim Abfragen des Anzeigestromkreises aufgrund
Aufleuchten der Leuchtdiode erkannt. Der sichere
Einschaltzustand des Laststromkreises wird über das nicht gestörter, parallel geschaltete Relais aufrechterhalten. Wenn in der Einschalt-Sicherheitsrelaisschaltung bei einem der Relaisschalter die schalterlosen Kontakte
fehlerhafterweise überbrückt werden („Zweipunktkontakt- Überbrückung") dann wird dies beim Einschalten des
fehlerhaften Relais erkannt. Der Laststrom kann unter Umständen zu einer Überbelastung des Stromnachweismittels führen, was durch eine Sicherung („Polyfuse") abgewendet werden kann. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Sicherheitsrelaisschaltung im Ruhezustand,
Fig. 2 im aktiven Zustand,
Fig. 3 im Fehlerzustand I (hängende oder verschweißte Kontakte)
Fig. 4 im Fehlerzustand II (Dreipunktkontakt- Überbrückung) Fig. 5 im Fehlerzustand III (Zweipunktkontakt- Überbrückung)
Fig. 6 eine Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung gemäß Erfindung,
Fig. 7 eine schematisierte Darstellung von
Anzeigestromkreisen der Ausschalt- Sicherheitsrelaisschaltung im Ruhezustand des
LastStromkreises ,
Fig. 8 die Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung im aktiven Zustand des Laststromkreises,
Fig. 9 die Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung in einem Fehlerzustand I,
Fig. 10 die Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung in einem Fehlerzustand II,
Fig. 11 die Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung in einem Fehlerzustand III,
Fig. 12 eine schematische Darstellung von
Überwachungsstromkreisen der Einschalt- Sicherheitsrelaisschaltung im Ruhezustand des
LastStromkreises ,
Fig. 13 die Einschalt-Sicherheitsrelaisschaltung im aktiven Zustand des Laststromkreises,
Es wird Bezug auf die Fig. 1 bis 5 genommen, die eine
Sicherheitsschaltung in unterschiedlichen korrekten und fehlerhaften Zuständen zeigen. Die Sicherheitsschaltung umfasst einen Laststromkreis LN zwischen den Anschlüssen L und N, der von einem Relais Kl ein- und ausgeschaltet werden kann, einen Anzeigestromkreis AI, der die
Schalterstellung des Relais anzeigt, und eine
Auswerteschaltung, welche den Anzeigezustand des
Anzeigestromkreises AI mit der Befehlseingabe an das Relais Kl logisch verknüpft und daraus den Zustand der
Schaltungsanordnung insgesamt als „fehlerfrei" oder als „fehlerhaft" bewertet. Man kann den Anzeigestromkreis zusammen mit der Auswerteschaltung als eine
Überwachungsschaltung bezeichnen .
Das Relais Kl weist als elektromechanisches Relais eine Schalterzunge kl auf, die zwischen einem Schließerpunkt Sl und einem Öffnerpunkt Öl schaltet und an einem gemeinsamen Punkt Gl angeschlossen ist. Der Anzeigestromkreis AI umfasst eine Hilfsstromquelle Hl und Stromnachweismittel in Form einer Leuchtdiode LED1 und ist an die Schaltpunkte Gl und Öl angeschlossen. Je nach Stellung des Schalters kl ist die Leuchtdiode LED1 in Betrieb oder außer Betrieb. Der eingeschaltete Zustand der Leuchtdiode wird durch Pfeile gekennzeichnet, während beim ausgeschalteten Zustand die Pfeile fortgelassen sind.
Die Auswerteschaltung umfasst eine integrierte Schaltung IC1, die logische Verknüpfungen in der Art vornehmen kann, dass zwei gleichartige Eingangssignale ein Ausgangssignal „fehlerfrei" ergibt, was hier durch eine „0" wiedergegeben wird, und zwei ungleichartige Eingangssignale zu der
Ausgabe eines Fehlersignals führt, was hier durch eine „1" symbolisiert wird. Als Eingangssignal zu der integrierten Schaltung IC1 wird einerseits die Befehlseingabe an das Relais Kl und andererseits das Signal eines Optokopplers benutzt, der das Signal der Leuchtdiode LED1 in ein
entsprechendes Eingangssignal an die integrierte Schaltung IC1 umsetzt. Der Optokoppler besteht aus einem Stromkreis mit Schalttransistor Ql, der durch das Licht der
Leuchtdiode LED1 eingeschaltet und sonst ausgeschaltet ist. In dem Stromkreis des Optokopplers liegt ein Widerstand in Reihe mit dem Transistor Ql und eine Anzapfung führt das Signal des Optokopplers an die integrierte Schaltung IC1 der Auswerteschaltung.
Fig. 1 zeigt den fehlerfreien Zustand der
Sicherheitsrelaisschaltung im Ruhezustand. Das Relais Kl hat den Laststromkreis LN ausgeschaltet und den
Anzeigestromkreis AI eingeschaltet. Die Leuchtdiode LED1 leuchtet auf und schaltet den Transistor Ql durch, sodass der Optokoppler das Signal „0" abgibt. Dieses stimmt mit dem Befehlssignal „0" an das Relais Kl überein. Die
integrierte Schaltung ICl gibt daraufhin das fehlerfreie Signal „0" ab.
Fig. 2 zeigt den aktiven Zustand der
Sicherheitsrelaisschaltung. Mit dem Signal „1" wird ein Einschaltbefehl an das Relais Kl gegeben, welches den
Laststromkreis LN einschaltet und den Anzeigestromkreis AI ausschaltet. Der Optokoppler erhält daraufhin kein
Leuchtsignal mehr und gibt das Signal „1" an die
integrierte Schaltung ICl weiter. Da beide Eingänge der integrierten Schaltung ICl der Auswerteschaltung
gleichwertig sind, wird das Signal „fehlerfrei", durch „0" symbolisiert, abgegeben.
Fig. 3 zeigt einen Fehlerzustand I, der durch hängende oder verschweißte Kontakte charakterisiert werden kann. Dieser Fehlerzustand I tritt beim Abschalten des Relais Kl auf und bedeutet, dass das Relais nicht mehr sicher ist. Wegen der fehlerhaften Stellung der Schaltzunge kl leuchtet die Diode LED1 im Anzeigestromkreis AI nicht, so dass der Optokoppler das Signal „1" an die integrierte Schaltung ICl abgibt, welche die Unstimmigkeit zwischen der Befehlseingabe an das Relais Kl und die Reaktion des Anzeigestromkreises AI feststellt und als Fehlersignal „1" abgibt.
Fig. 4 zeigt einen Fehlerzustand II, der als „Dreipunkt- Kontaktüberbrückung" bezeichnet werden kann, weil die
Schaltpunkte Sl, Gl und Öl miteinander Kontakt haben. Beim Fehlerzustand II leuchtet die Diode LED. Wenn das Relais Kl mit dem Befehlssignal „1" eingeschaltet wird, sollte sich der Anzeigestromkreis AI öffnen, was jedoch wegen der
Dreipunkt-Kontaktüberbrückung nicht geschieht. Dies führt zu einer Unstimmigkeit zwischen den Eingangssignalen der integrierten Schaltung IC1 und damit zu einer Abgabe eines Fehlersignals „1".
Mit Fig. 5 ist ein Fehlerzustand III skizziert, der in einer Art Zweipunkt-Kontaktüberbrückung besteht. Während des laufenden Betriebs, wenn der Anzeigestromkreis AI ausgeschaltet sein sollte, erhält die Leuchtdiode LED1 einen Überstrom, der durch einen (nicht gezeichneten)
Schutzwiderstand abgemildert wird. Das dabei abgebende Licht lässt den Optokoppler das Signal „0" abgeben, was von der integrierten Schaltung IC1 festgestellt wird. Es besteht eine Diskrepanz zwischen dem Eingangssignal „1" an das Relais Kl und dem Signal „0" des Anzeigestromkreises AI, was zur Fehlermeldung auswertbar ist. Als Fehlermeldung kann auch der Wechsel zwischen kurzzeitigem Aufleuchten der Leuchtdiode und dem Erlöschen der Leuchtdiode in der
Auswerteschaltung ausgenützt werden, wie dies bei
Zerstörung der Leuchtdiode auftreten würde.
Die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung kann man als ein Safety-Relais mit optischer Diagnose bezeichnen. Die Schaltung enthält zwei elektromagnetische Relais Kl und K2 einfacher, konventioneller Bauart, die parallel zueinander an eine nicht dargestellte Steuerquelle angeschlossen sind, so dass die Relaisspulen erregt oder nicht erregt sind. Es ist auch möglich, die Relais Kl und K2 durch getrennte Steuerstromkreise anzusteuern. Die Relais Kl und K2 weisen jeweils zugeordnete Schalter kl und k2 auf, die eine
Ruhestellung, wie in Fig. 7 dargestellt, und eine Arbeitsstellung (Fig. 8) in Abhängigkeit vom
Erregungszustand der Relaisspulen einnehmen können. In ihrer Arbeitsstellung schließen die Relaisschalter kl und k2 einen Laststromkreis, der sich zwischen den Anschlüssen L und N erstreckt. Jedem Relaisschalter kl, k2 ist ein Anzeigestromkreis AI bzw. A2 zugeordnet, welche die
Stellung der Schalter kl bzw. k2 anzeigen und jeweils eine Leuchtdiode LED1 bzw. LED2 als Stromnachweismittel sowie jeweils eine Hilfsspannungsquelle Hl, H2 zum Betrieb der jeweils zugeordneten Leuchtdiode enthalten. Der
Relaisschalter kl in der dargestellten Ruhestellung (Fig. 7) überbrückt den sonst offenen Anzeigestromkreis AI an zwei (Gl, Öl) der drei Anschluss-Kontaktpunkte (Sl, Gl, Öl) des Relais Kl und in gleicher Weise verbindet der Schalter k2 die entsprechenden Anschluss-Kontaktpunkte (S2, G2, 02) des Relais K2, um den zweiten Anzeigestromkreis Ü2 zu schließen. Wenn die Relaisschalter kl und k2 aus ihrer dargestellten Ruhestellung (Fig. 7) in die Arbeitsstellung (Fig. 8) umgeschaltet werden, werden die Anzeigestromkreise AI und A2 geöffnet und der Laststromkreis LN geschlossen.
Als Hilfsspannungsquelle Hl, H2 kann jede Art von
Stromquelle benutzt werden, mit der sich
Stromnachweismittel und speziell Leuchtdioden betreiben lassen. Im Falle der Schaltung nach Fig. 6 wird ein
Transformator mit einer Primärwicklung und zwei
Sekundärwicklungen als Hilfsspannungsquellen Hl, H2
benutzt. Der Transformator bildet einen ersten Übertrager Tl als erste Hilfsspannungsquelle Hl und einen zweiten Übertrager T2 als zweite Hilfsspannungsquelle H2. Die
Primärwicklung wird mit Spannungsimpulsen beaufschlagt, um die jeweiligen Hilfsspannungsquellen Hl, H2 taktweise wirksam werden zu lassen und dabei den jeweiligen Zustand der Anzeigestromkreise AI, A2 abzufragen.
Fig. 7 zeigt eine Prinzipskizze der Ausschalt- Sicherheitsrelaisschaltung im Ruhezustand. Die
Hilfsspannungsquellen Hl, H2 sind vereinfacht als
Gleichspannungsquellen dargestellt. Die
Anschlusskontaktpunkte sind mit Sl, Gl und Öl bzw. S2, G2 und 02 angegeben. Der erste Relaisschalter kl schließt den ersten Anzeigestromkreis AI zwischen den Kontaktpunkten Gl und Öl und der zweite Relaisschalter S2 schließt den zweiten Anzeigeschaltkreis A2 zwischen den Kontaktpunkten G2 und 02. Pfeile bei den Leuchtdioden LED1 und LED2 zeigen den Leucht zustand dieser Dioden an. Wenn beide Dioden voll leuchten, liegt kein Fehlerzustand in der Stromlosschaltung des Laststromkreises vor, wie dies mit Fig. 1 erläutert worden ist.
Fig. 8 zeigt die Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung in ihrem aktiven Zustand, bei dem der Laststromkreis LN eingeschaltet ist. Der Schalter kl verbindet die
Kontaktpunkte Sl mit Gl und der Schalter k2 die
Kontaktpunkte S2 mit G2. Dabei sind die Anzeigestromkreise AI und A2 geöffnet und die Leuchtdioden LED1 und LED2 leuchten nicht. Wie mit Fig. 2 erläutert, liegt damit der fehlerfreie aktive Zustand vor.
Mit Fig. 9 wird ein Fehlerzustand I („hängende Kontakte") beim Schalter kl erläutert. Während der Schalter k2 beim Abschalten des Laststromkreises in den Ruhezustand gegangen ist, ist der Schalter kl am Kontaktpunkt Sl hängen
geblieben (z. B. wegen verschweißter Kontakte) . Demgemäß ist der erste Anzeigestromkreis AI offengeblieben und die Leuchtdiode LED1 leuchtet nicht. Dieser Fehlerzustand I kann erkannt werden, wie mit Fig. 3 im Einzelnen erläutert. Zusätzlich kann die Diskrepanz zwischen den Leuchtzuständen von LED1 und LED2 als Fehler erkannt werden. Der erneute Wideranlauf des Laststromkreises kann verhindert werden.
Fig. 10 skizziert einen weiteren Fehlerzustand II
(„Dreipunkt-Kontaktüberbrückung" ) , der beim Einschalten des Laststromkreises LN zu Tage treten kann. Der Fehler tritt durch Kurzschluss zwischen den Kontaktpunkten Sl, Gl und Öl auf, etwa wenn eine Feder in dem Relais gebrochen ist. Mit Fig. 4 wird erläutert, wie dieser Fehlerzustand II erkannt werden kann. Zur Entdeckung des Fehlers kann auch
ausgenutzt werden, dass die Leuchtdiode LED1 des
Anzeigestromkreises AI bei diesem Fehler leuchtet, während die Leuchtdiode LED2 des Anzeigestromkreises A2 erlischt. Beim Auftreten dieses Fehlers sollte der Laststromkreis unverzüglich stromlos geschaltet werden. Sofortiges
Abschalten ist über das Relais K2 möglich.
Fig. 11 zeigt einen Fehlerzustand III („Zweipunkt- Kontaktüberbrückung" ) , bei dem durch Bruch eines
Metallteils die Kontaktpunkte Sl und Öl miteinander in Verbindung geraten. Dies kann vor dem Zuschalten des
Laststromkreises erkannt werden, weil im Ruhezustand der Schaltung (Fig. 7) beide Leuchtdioden LED1 und LED2
leuchten sollen, im Fehlerzustand III jedoch LED1 erlischt. Daraufhin sollte der Laststromkreis nicht eingeschaltet werden. Wenn der Fehlerzustand III während des laufenden Betriebes auftritt, wird dieser Fehler gemäß der
Vorgehensweise nach Fig. 5 detektiert. Die beschriebene Schaltungsanordnung umfasst somit eine Überwachungsschaltung, welche Anzeigestromkreise AI, A2 und Auswerteschaltungen gemäß den Fig. 1 bis 5 aufweist. Dabei können die den Auswerteschaltungen AI, A2 zugeordneten integrierten Schaltungen miteinander vereint sein und zusätzlich eine weitere Logikschaltung mit integriert enthalten, um die Stellungen der Relaisschalter kl, k2 und die Ansprechzustände der Leuchtdioden LED1, LED2
aufzunehmen und durch logische Verknüpfung auszuwerten sowie gegebenenfalls Sicherheitsschaltmaßnahmen
durchzuführen .
Zur Realisierung der Einschalt-Sicherheitsrelaisschaltung wird Fig. 6 dergestalt abgewandelt, dass die Schalter kl, k2 parallel zueinander im Laststromkreis LN liegen, wie dies auch aus den Fig. 12 und 13 hervorgeht. Wenn demnach einer der Schalter kl oder k2 ausfallen sollte, kann der jeweils andere Schalter sicherstellen, dass der
Laststromkreis sicher eingeschaltet wird oder bleibt.
Im Gegensatz zu der Ausschalt-Sicherheitsrelaisschaltung nach Fig. 7 - 11 wird bei der Einschalt-
Sicherheitsrelaisschaltung bevorzugt, die Relais Kl, K2 im abgefallenen Zustand der Schalter kl, k2 für das
Einschalten des Laststromkreises LN zu betreiben. Dies ist jedoch nicht zwingend und in den Fig. 12, 13 werden
Anschlusskontaktpunkte mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie sie dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 11 zu Grunde liegen. Fig. 12 zeigt den Ruhezustand der Einschalt-Sicherheitsrelaisschaltung und Fig. 13 deren aktiven Zustand. Im Ruhezustand leuchten beide Leuchtdioden LEDl und LED 2 der beiden Anzeigenstromkreise AI und A2, und im aktiven Zustand der Einschalt-
Sicherheitsrelaisschaltung sind die Leuchtdioden LEDl und LED2 dunkel.
Wie bei Fig. 3 besteht der Fehlerzustand I am Relais Kl im Hängenbleiben des Schalters kl an einem Kontaktpunkt (hier Öl). Dies kann entsprechend dem Überwachungsverfahren festgestellt werden, wie bei Fig. 3 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich kann der Fehlerzustand I („hängender
Kontakt") beim Abfragen der Anzeigestromkreise AI und A2 dadurch festgestellt werden, dass die Leuchtzustände der Leuchtdioden LEDl und LED2 nicht übereinstimmen. Dabei bleibt der Einschaltzustand des Laststromkreises LN durch den Schalter S2 sichergestellt.
Beim Fehlerzustand II („Dreipunkt-Kontaktüberbrückung" ) haben alle drei Anschlusskontaktpunkte Sl, Gl, Öl des Relais Kl elektrischen Kontakt zueinander. Dies kann, wie bei Fig. 4 beschrieben, festgestellt werden. Außerdem kann der Fehlerzustand II beim Anziehen des Relais Kl erkannt werden, weil sich die Leuchtzustände der Leuchtdioden LEDl und LED2 unterscheiden. Beim Fehlerzustand III („Zweipunkt-Kontaktüberbrückung" ) kommt es zu einer Überbrückung zwischen den
Anschlusskontaktpunkten Sl und Öl. Die kann gemäß des Verfahrens nach Fig. 5 festgestellt werden. Zusätzlich gibt es eine Fehlerprüfmöglichkeit basierend auf
unterschiedlichen Leuchtstärken der Dioden LEDl und LED2. Solange der Schalter k2 des Relais K2 den Strompfad des Laststromkreises LN schließt, hat der Strom wenig Veranlassung, über die Fehlerstelle beim Relais Kl zu fließen. Beim Öffnen des Schalters k2 jedoch könnte die angelegte Spannung zu einem übermäßigen Strom über die Diode LED1 führen, weswegen die Leuchtdioden zweckmäßiger Weise durch eine Sicherung („Polyfuse") abgesichert werden. Beim Schalterspiel des Schalters k2 kommt es zu
unterschiedlichen Leuchtgraden der Dioden LED1 und LED2, wodurch erkannt wird, dass das Relais Kl nicht mehr sicher ist .
Die beiden beschriebenen Methoden der Fehlerfeststellung werden zweckmäßigerweise in der Überwachungsschaltung miteinander kombiniert, wobei die Steuerstellungen der Relaisschalter kl und k2 sowie die Ansprechzustände der Dioden LED1 und LED2 logisch miteinander verknüpft werden, um die Fehlerzustände an den jeweiligen Relaisschaltern kl, k2 zu detektieren. Die hierzu eingesetzte
Überwachungsschaltung kann die beiden Anzeigestromkreise AI, A2 und zugeordnete Auswerteschaltungen sowie
zusätzliche Logikschaltungen enthalten, um die
geschilderten logischen Verknüpfungen durchzuführen.
Zweckmäßigerweise werden die Auswerteschaltungen und die zusätzlichen Logikschaltungen in einer gemeinsamen
integrierten Schaltung zusammengefasst .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Schalten eines
Laststromkreises in Sicherheitstechnik, umfassend:
- mindestens ein elektromagnetisches Relais (Kl) mit einem gesteuerten Schalter (kl), der im aktiven Zustand des
Relais seine geschlossene Arbeitsstellung einnimmt und dabei im Laststromkreis (LN) liegt, während im Ruhezustand des Relais der Schalter (kl) hinsichtlich des
Laststromkreises (LN) eine geöffnete Ruhestellung einnimmt,
- mindestens eine Überwachungsschaltung, welche umfasst:
- einen Schalterstellung-Anzeigestromkreis (AI), der eine Hilfs-Spannungsquelle (Hl) und Stromnachweismittel enthält und im Ruhezustand des Relais (Kl) die Stromnachweismittel ansprechen lässt,
- eine Auswerteschaltung, welche das Ansprechen der
Stromnachweismittel mit der Befehlseingabe „an" oder „aus" an das Relais (Kl) vergleicht und aus dem Vergleich den Zustand der Schaltungsanordnung „fehlerfrei" oder
„fehlerhaft" ableitet,
- wobei im fehlerfreien Ruhezustand das Relais (Kl) den Laststromkreis (LN) aus- und den Anzeigestromkreis (AI) einschaltet,
- wobei im fehlerfreien aktiven Zustand das Relais (Kl) den Laststromkreis (LN) ein- und den Anzeigestromkreis (AI) ausschaltet,
- wobei ein Fehlerzustand „hängende Kontakte" beim
Abschalten des Laststromkreises (LN) durch Unstimmigkeit der Befehlseingabe an das Relais mit dem Ansprechzustand der Stromnachweismittel erkennbar wird,
- wobei ein Fehlerzustand „Dreipunkt-Kontaktüberbrückung" sich beim Zuschalten des Laststromkreises (LN) durch Unstimmigkeit der Befehlseingabe an das Relais mit dem teilweise verharrenden Ansprechzustand der
Stromnachweismittel bemerkbar macht, und
- wobei ein Fehlerzustand „Zweipunkt-Kontaktüberbrückung" im laufenden Betrieb durch Unstimmigkeit der Befehlseingabe an das Relais mit einem falschen Ansprechzustand der
Stromnachweismittel erkennbar wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
wobei beim Einschaltbefehl des Relais ein logisches
Befehlssignal „1" und beim Ausschaltbefehl ein logisches Befehlssignal „0" an die Auswerteschaltung abgegeben werden,
wobei beim positiven Ansprechzustand der
Stromnachweismittel ein logisches Zustandssignal „0" und beim negativen Ansprechzustand ein Zustandssignal „1" erzeugt wird, und
wobei die Auswerteschaltung bei Übereinstimmung des
Zustandssignal mit dem Befehlssignal Fehlerfreiheit anzeigt und bei Nichtübereinstimmung Fehlerhaftigkeit anzeigt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Stromlosschaltung des Laststromkreises (LN) sicherzustellen ist, umfassend:
- ein erstes elektromagnetisches Relais (Kl) mit einem ersten Schalter (kl),
- ein zweites elektromagnetisches Relais (K2) mit einem zweiten Schalter (k2),
- einen ersten Schalterstellung-Anzeigestromkreis (AI),
- einen zweiten Schalterstellung-Anzeigekreis (A2), und - eine Auswerteschaltung, welche die Befehlseingaben an die Relais (Kl, K2) mit den Stromzuständen der
Anzeigestromkreise (AI, A2) vergleicht und daraus den Zustand der Schaltungsanordnung als „fehlerfrei" oder als „fehlerhaft" ableitet.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
wobei die Überwachungsschaltung integrierte
Schaltungen enthält, welche den jeweiligen
Auswerteschaltungen (AI, A2) zugeordnet sind, und
zusätzlich weitere Logikschaltungen enthält, um die
Stellungen der Relaisschalter (kl, k2) untereinander auf Übereinstimmung auszuwerten,
- wobei im fehlerfreien aktivem Zustand der erste und zweite Schalter (kl, k2) den Laststromkreis (LN) schließen und den jeweilig zugehörigen Anzeigestromkreis (AI, A2) öffnen, was sich durch Nicht-Ansprechen der
Stromnachweismittel manifestiert,
- wobei ein Zustand „hängende Kontakte" an einem der Relais den zugeordneten Anzeigestromkreis (AI, A2) im seinem Zustand vor Stromlosschalten des Laststromkreises (LN) verharren lässt, was als Fehlerzustand des
betreffenden Relais auswertbar ist,
- wobei ein Fehlerzustand „Dreipunkt- Kontaktüberbrückung" sich durch teilweises Ansprechen der Stromnachweismittel des fehlerhaften Relais bemerkbar macht, wenn der Laststromkreis (LN) zugeschaltet wird und
- wobei ein Fehlerzustand „Zweipunkt- Kontaktüberbrückung" bei einem der Relais die
Stromnachweismittel des zugeordneten Anzeigestromkreises nicht, oder nur schwach, ansprechen lässt, wenn die Relais zugeschaltet werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einschalten des Laststromkreises sicherzustellen ist, umfassend:
ein erstes elektromagnetisches Relais (Kl) mit einem ersten Schalter (kl),
ein zweites elektromagnetisches Relais (K2) mit einem zweiten Schalter (k2),
- einen ersten Anzeigestromkreis (AI),
einen zweiten Anzeigestromkreis (A2), und eine Auswerteschaltung, welche die
Befehlseingaben an die Relais (Kl, K2) mit den
Stromzuständen der Anzeigestromkreisen (AI, A2) vergleicht und daraus den Zustand der Schaltungsanordnung als
„fehlerfrei" oder als „fehlerhaft" ableitet.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
wobei die Überwachungsschaltung integrierte
Schaltungen enthält, welche den jeweiligen
Auswerteschaltungen (AI, A2) zugeordnet sind, und
zusätzlich weitere Logikschaltungen enthält, um die
Stellungen der Relaisschalter (kl, k2) untereinander auf Übereinstimmung auszuwerten,
- wobei im fehlerfreien aktivem Zustand sowohl der erste wie auch der zweite Schalter (kl, k2) den
Laststromkreis (LN) schließen und den jeweiligen
zugehörigen Anzeigestromkreis (AI, A2) öffnen, was sich durch Nichtansprechen der Stromnachweismittel manifestiert, - wobei ein Zustand „hängende Kontakte" an einem der Relais den zugeordneten Anzeigestromkreis in seinem Zustand vor Umschalten des Laststromkreises (LN) verharren lässt, was als Fehlerzustand des betreffenden Relais auswertbar ist,
wobei ein Fehlerzustand „Dreipunkt- Kontaktüberbrückung" sich durch teilweises Ansprechen der Stromnachweismittel des fehlerhaften Relais bemerkbar macht, wenn der Laststromkreis (LN) eingeschaltet wird, und wobei ein Fehlerzustand „Zweipunkt- Kontaktüberbrückung" bei einem der Relais die
Stromnachweismittel des zugeordneten Anzeigestromkreises heftig ansprechen lässt, wenn das andere Relais in den Ruhezustand geschaltet wird.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stromnachweismittel als Leuchtdioden (LED1, LED2) ausgebildet sind, die in Reihe mit einer jeweiligen Hilfs- Spannungsquelle (Hl, H2) und mit zwei (Gl, Öl; G2, 02) der drei Kontaktpunkte (Sl, Gl, Öl; S2, G2, 02) eines
jeweiligen Relais (Kl, K2) liegen.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine erste Hilfsspannungsquelle (Hl) des ersten
Anzeigestromkreises (AI) einen ersten Übertrager (Tl) enthält, der taktweise mit einem Strom-Spannungs-Impuls beaufschlagbar ist, und
wobei eine zweite Hilfsspannungsquelle (H2) des zweiten Anzeigestromkreises (A2) einen zweiten Übertrager (T2) enthält, der taktweise mit einem Strom-Spannungs-Impuls beaufschlagbar ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8,
wobei der erste und der zweite Übertrager (Tl, T2) baulich vereint sind und einen Transformator mit einer gemeinsamen Primärwicklung und mit zwei Sekundärwicklungen bilden.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das erste und das zweite elektromechanische Relais (Kl, K2) an einen Steuerstromkreis angeschlossen sind.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Optokopplerschaltung den jeweiligen
Anzeigestromkreis (AI) mit der jeweiligen Auswerteschaltung verbindet .
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