ES2353971T3 - Aparato de conmutación de seguridad para la desconexión segura de un consumo eléctrico. - Google Patents

Abstract

Aparato conmutador de seguridad para la desconexión segura de un consumo eléctrico (24, 26), en particular en una instalación automatizada (10), que comprende como mínimo una entrada (38, 40) para la conexión de un dispositivo de señalización (16; 20), que comprende una unidad de evaluación y control (82), y que comprende como mínimo un elemento de conmutación (56, 58) que puede ser controlado por la unidad de evaluación y control (82) para interrumpir una ruta de suministro de potencia eléctrica al consumo eléctrico (24, 26), estando diseñada la unidad de evaluación y control (82) para llevar a cabo pruebas funcionales (120, 122) en momentos de tiempo definidos a efectos de comprobar una función de conmutación de el como mínimo un elemento de conmutación (56, 58), caracterizado porque la como mínimo una entrada (38, 40) para conectar el dispositivo de señalización (16; 20) está diseñada además como entrada para suministrar un voltaje de alimentación (42) requerido para el funcionamiento de como mínimo un elemento de conmutación (56, 58).

Description

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La presente invención se refiere a un aparato de conmutación de seguridad para la desconexión segura de un consumo eléctrico, en especial en una instalación que funciona de modo automatizado, que presenta como mínimo una entrada para la conexión de un dispositivo de señalización, con una unidad de evaluación y control y, como mínimo, con un elemento de conmutación, que puede ser controlado por la unidad de evaluación y control para interrumpir una ruta de alimentación eléctrica al consumo eléctrico, de manera que la unidad de evaluación y control está constituida además para llevar a cabo pruebas funcionales en momentos determinados de tiempo para comprobar una función de conmutación del, como mínimo, un elemento de conmutación.

Un aparato de conmutación de seguridad de este tipo es conocido, por ejemplo, por el documento DE 103 25 363 A1.

Los aparatos de conmutación de seguridad del tipo de la presente invención son utilizados, además, para desconectar una instalación técnica o un aparato técnico de manera completa o parcial cuando ello es necesario, por ejemplo, para evitar peligros para el personal de servicio de la instalación o del aparato. Los aparatos de conmutación de seguridad presentan, por el lado de entrada, una o varias conexiones para conectar uno o varios aparatos de señalización, tales como, por ejemplo, pulsadores de

desconexión de emergencia, conmutadores de protección o

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barreras luminosas. Por el lado de salida, los aparatos de conmutación de seguridad presentan, como mínimo, un elemento de conmutación con cuya ayuda se puede interrumpir una ruta de alimentación a la instalación o al aparato. La unidad de evaluación y de control sirve de manera típica además para monitorizar el circuito de control en su conjunto, incluyendo los dispositivos de señalización conectados y, en caso deseado, provocar una desconexión de seguridad.

Se puede comprender fácilmente que la complicación técnica para la realización de aparatos conmutadores de seguridad aumenta cuando más elevadas son las exigencias de seguridad. Por ejemplo, un aparato de conmutación de seguridad, en el sentido de la presente invención, debe encontrarse en condiciones de desconectar la instalación o el aparato incluso cuando falla el elemento de conmutación del lado de salida del aparato de conmutación de seguridad falla. Por ejemplo, los contactos de un relevador se pueden pegar o soldar entre si, de manera que relevador no se pueden abrir. Un transistor se puede averiar y provocar un cortocircuito que impide la interrupción de la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo. Para controlar este tipo de fallos, los aparatos de conmutación de seguridad son habitualmente construidos de forma redundante, con múltiples canales, de manera que, por ejemplo, en el caso de fallo de un elemento de conmutación se puede interrumpir un elemento de conmutación redundante dispuesto en serie en la ruta de alimentación de corriente.

No obstante, una realización redundante no garantiza, de

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modo completo, la seguridad contra los fallos cuando la funcionalidad de los canales individuales no es comprobada regularmente.

El documento indicado anteriormente DE 103 25 363 A1 da a conocer un aparato de conmutación de seguridad con una unidad de evaluación y control (designada en aquel caso como componente de tratamiento de señales) que durante el funcionamiento lleva a cabo pruebas de conmutación regulares a efectos de comprobar si los elementos de conmutación del lado de salida se encuentran todavía en situación de interrumpir la ruta de alimentación del punto de consumo. La unidad de evaluación y control está construida con dos canales de forma redundante, para controlar eventuales fallos del componente de tratamiento de señales del aparato de conmutación de seguridad.

Otro ejemplo de un aparato de conmutación de seguridad con dos canales redundantes es conocido por el documento DE 100 11 211 A1. También en este caso la unidad de evaluación y control, que efectúa la evaluación y la monitorización de los dispositivos de señalización del lado de entrada y controla los elementos de conmutación, está construida en forma de dos canales redundantes.

Ambos aparatos de conmutación de seguridad conocidos son ejemplos típicos para realizaciones que cumplen las exigencias de la categoría 3 e incluso de la categoría 4 de la norma europea EN 954-1 o exigencias de seguridad similares según ISO 13849-1 ó IEC 61508. No obstante, la construcción redundante conocida de los aparatos de

conmutación de seguridad es complicada y cara.

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La solicitante de la presente invención ofrece, con la designación PNOZ® X1, un aparato de conmutación de desconexión de emergencia que presenta contactos de relevador redundantes en el lado de salida (dispuestos en serie entre si) para interrumpir la ruta de alimentación a un punto de consumo eléctrico. Por lo demás, el aparato PNOZ® X1 está construido, no obstante, con un solo canal y sin posibilidades específicas de diagnóstico. Por lo tanto, el aparato PNOZ® X1, sin medidas técnicas adicionales, está permitido solamente para utilizaciones hasta la categoría de seguridad 2 según la norma EN 954-1.

Teniendo en cuenta este estado de la técnica, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un aparato de conmutación de seguridad del tipo indicado al principio, con el que como mínimo se puedan cumplir las exigencias de categoría 2 de la norma europea EN 954-1 (o exigencias de seguridad similares), que no obstante puede ser realizado de forma más económica y con menores dimensiones que los aparatos de conmutación de seguridad conocidos hasta el momento que cumplen con estas exigencias.

De acuerdo con un aspecto de la invención este objetivo es conseguido con un aparato de conmutación de seguridad del tipo indicado al principio en el que la, como mínimo, una entrada para la conexión del dispositivo de señalización esté constituida además como entrada para la

alimentación

de una tensión de alimentación que es

necesaria

para el accionamiento del, como mínimo, un

elemento de conmutación.

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El nuevo aparato de conmutación de seguridad se caracteriza, por lo tanto, por el hecho de que la entrada para la conexión del dispositivo de señalización es simultáneamente la entrada para el suministro de la tensión de alimentación que es necesaria para el accionamiento del, como mínimo, un elemento de conmutación. Por lo tanto, se conectará un dispositivo de señalización al nuevo aparato de conmutación de seguridad que, con el accionamiento del dispositivo de señalización, interrumpa también la tensión de alimentación para el, como mínimo, un elemento de conmutación. Esto es especialmente sencillo de realizar para aparatos de señalización que presentan uno o varios contactos de apertura que se abren con el accionamiento del dispositivo de señalización. La invención no está, no obstante, limitada a ello y puede ser realizada también, por ejemplo, para dispositivos de señalización que facilitan una señal de salida asociada a un potencial.

En el nuevo aparato de conmutación de seguridad las informaciones (señal de comunicación del aparato de señalización) y la energía para el accionamiento del como mínimo un elemento de conmutación, discurren simultáneamente en el tiempo y por la misma ruta. El fallo de la tensión de alimentación para el, como mínimo un elemento de conmutación, es idéntico a la información de una exigencia de seguridad. Por el contrario, la tensión de alimentación para los elementos de conmutación conocidos hasta el momento es conducida de forma separada de la tensión de alimentación del elemento de conmutación del

lado de salida. Puesto que la información (señal de

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comunicación del aparato de señalización) y la energía son suministradas de forma separada entre si, se necesitarán unidades de evaluación y control relativamente complicadas que garanticen la interrupción de la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo tan pronto como se produzca la información correspondiente (señal de comunicación del dispositivo de señalización). Puesto que la evaluación de la señal de comunicación es una tarea crítica de seguridad, las unidades de evaluación y control de los aparatos de conmutación de seguridad conocidos están construidos de manera típica en forma de varios canales redundantes. Esta complicación no es necesaria en el nuevo aparato de conmutación de seguridad que puede ser realizado de manera sensiblemente más económica.

Por otra parte, el nuevo aparato de conmutación de seguridad facilita una nueva unidad de evaluación y control que está construida de forma tal que puede llevar a cabo pruebas funcionales para monitorizar la función de conmutación de cómo mínimo un elemento de conmutación. De esta forma se diferencia el nuevo aparato de conmutación de seguridad con respecto a aparatos más simples, tales como por ejemplo el anteriormente indicado PNOZ® X1. Puesto que

(al

contrario que en el PNOZ® X1) la nueva unidad de

evaluación

y control según la invención ya no es

responsable

por si misma para la transferencia de la

información

desde el dispositivo de señalización al

elemento de conmutación del lado de salida, la unidad de evaluación y control puede ser de un solo canal y por lo tanto relativamente económica.

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De modo global con el nuevo aparato de conmutación de seguridad se pueden cumplir como mínimo las exigencias de categoría 3 de la norma europea EN 954-1 (o exigencias de seguridad comparables), puesto que se prevén tanto una desconexión redundante como también pruebas funcionales definidas de los elementos de conmutación. Por otra parte, la unidad de evaluación y control del nuevo aparto de conmutación de seguridad, que es responsable para la realización de las pruebas funcionales, puede ser realizada de forma sensiblemente más simple y económica que en los aparatos de conmutación de seguridad comparables.

El objetivo indicado anteriormente se soluciona, por lo tanto, de modo completo.

En una realización la como mínimo una entrada está constituida, además, para el suministro de la tensión de

alimentación

que es necesaria para la activación de la

unidad de evaluación y control.

Básicamente

se podría prever el suministro de la

tensión de alimentación para la unidad de evaluación y control por medio de otra entrada (adicional). Esto posibilitaría que la unidad de evaluación y control permanezca activa incluso cuando el dispositivo de señalización señaliza una petición de seguridad y, por lo tanto, de acuerdo con la presente invención, interrumpe la alimentación de tensión para el como mínimo un elemento de conmutación. La realización preferente es, no obstante, más simple de realizar. Posibilita además la realización con un menor número de patillas de conexión, de manera que, por

ejemplo, la anchura del cuerpo del nuevo dispositivo de

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conmutación de seguridad se reduce. Además, esta realización tiene como consecuencia que la unidad de evaluación y control debe ser inicializada nuevamente después de cada petición de seguridad de modo forzoso, lo que de manera ventajosa puede ser utilizado además para que la unidad de evaluación y control lleve a cabo una autocomprobación.

En una realización adicional, el aparato de conmutación de seguridad comprende un circuito de desacoplamiento que está constituido de manera tal que desacopla la tensión de alimentación para el, como mínimo un elemento de conmutación, con respecto a la tensión de alimentación para la unidad de evaluación y control.

Con esta disposición se evita el retroefecto del circuito de consumo sobre la unidad de evaluación y control. La unidad de evaluación y control queda, por lo tanto, mejor protegida contra influjos de alteración externos y, por lo tanto, contra funciones negativas generadas por los mismos.

En otra realización el circuito de desacoplamiento contiene un primer elemento de tiempo para retrasar la tensión de alimentación para el como mínimo un elemento de conmutación con respecto a la tensión de alimentación para la unidad de evaluación y control.

En esta realización las tensiones de alimentación para el como mínimo un elemento de conmutación y la unidad de evaluación y control no son desacopladas solamente entre si por técnica de conmutación, sino que son asimismo separadas

una de otra a lo largo del tiempo. Puesto que la unidad de

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evaluación y control consigue su tensión de alimentación de acuerdo con esta realización “más pronto” que el como mínimo un elemento de conmutación, se garantiza que la unidad de evaluación y control pueda realizar autocomprobaciones internas antes de que controle el como mínimo un elemento de conmutación. De esta manera se evita todavía mejor la habilitación de la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo eléctrico.

En otra realización el aparato de conmutación de seguridad contiene un circuito de reposición (“reset”) que está constituido de manera tal que lleva a la unidad de evaluación y control a un estado de inicio definido para cada nueva reposición de la tensión de alimentación.

Esta disposición facilita la realización de la unidad de evaluación y control con un microcontrolador, microprocesador o similar (de un canal). La reposición de funcionamiento o “reset” que se producirá para cada nueva reposición de la tensión, garantiza que la unidad de evaluación y control siempre empieza en la misma posición inicial definida. De esta manera se asegura que la unidad de evaluación y control lleve a cabo cada vez de modo completo sus autocomprobaciones antes de que la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo eléctrico quede cerrada. En base a ello, la unidad de evaluación y control puede ser realizada sin inconvenientes en un solo canal.

En otra disposición, la unidad de evaluación y control está constituida con un solo canal.

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La disposición aprovecha las posibilidades descritas anteriormente y posibilita una realización especialmente económica del nuevo aparato de conmutación de seguridad.

En otra disposición, la unidad de evaluación y control contiene un microcontrolador que está constituido de forma tal para llevar a cabo las pruebas de funcionamiento en los puntos de tiempo definidos, en especial antes de cerrar la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo eléctrico.

El concepto “microcontrolador” se considerará sinónimo en la presente descripción de componentes equivalentes, cuyo alcance funcional se puede determinar como mínimo desde el punto de vista de fabricación. Por lo tanto, no

existe

limitación a un microcontrolador en sentido

limitativo,

sino que comprende, por ejemplo, asimismo

microprocesadores

con o sin memoria externa u otros

componentes programables. Esta disposición posibilita una realización especialmente simple y económica del nuevo aparato de conmutación de seguridad, de manera que el alcance funcional correspondiente puede ser fijado individualmente. De esta manera se pueden realizar, por ejemplo, de manera económica, aparatos de conmutación de seguridad que estén previstos para diferentes tipos de dispositivos de señalización y/o en relación con diferentes tipos de elementos de conmutación.

En otra realización el aparato de conmutación de seguridad comprende un segundo elemento de temporización que está constituido de forma tal que bloquea la conexión

entre la unidad de evaluación y control y el como mínimo un

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elemento de conmutación para un período de tiempo definido, medido desde la aplicación de las tensiones de alimentación.

También esta disposición comporta el evitar el cierre anticipado y/o erróneo de la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo incluso cuando el como mínimo un elemento de conmutación es controlado con una unidad de evaluación y control de un solo canal. En combinación con las disposiciones ya descritas, se consigue una seguridad todavía mayor en la puesta en marcha del punto de consumo.

En otra disposición el nuevo aparato de conmutación de seguridad comprende, como mínimo, dos elementos de conmutación que están dispuestos en serie entre si para interrumpir de forma redundante la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo, de manera que la unidad de evaluación y control está constituida además para generar una primera señal de control dinámica para un primer elemento de conmutación de los como mínimo dos elementos de conmutación, así como una segunda señal de control, especialmente estática, para un segundo elemento de conmutación de los como mínimo dos elementos de conmutación.

Esta disposición de la invención utiliza en el circuito del punto de consumo elementos de conmutación redundantes para posibilitar la desconexión del punto de consumo incluso cuando uno de los elementos de conmutación falla en el proceso de conmutación. De forma adicional, los como mínimo dos elementos de conmutación redundantes son

controlados, no obstante, de forma diversa entre si, es

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decir, mediante dos señales de control distintas una de otra. Los fallos de funcionamiento del nuevo aparato de conmutación de seguridad son, por lo tanto, todavía más improbables. Es especialmente ventajoso cuando una de las señales de control es una señal dinámica, mientras que la otra señal de control es una señal estática. Ambos tipos de señales de control se pueden generar de manera muy simple con un microcontrolador o un componente equivalente, de manera que en base a la diferente naturaleza de las señales

de control

es extraordinariamente improbable un fallo de

control

simultáneo de los elementos de conmutación

redundantes.

En otra disposición adicional, el como mínimo un elemento de conmutación es un conmutador alterno que tiene como mínimo dos rutas de conmutación alternativas entre si, de manera que la primera ruta de conmutación se encuentra en la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo y la segunda ruta de conmutación conduce a una unidad de monitorización.

Esta disposición, que por si misma constituye una nueva invención con respecto a los aparatos conocidos de conmutación de seguridad, posibilita una realización especialmente económica del nuevo aparato de conmutación de seguridad, en especial con salidas libres de potencial. Mediante la utilización de un conmutador alterno es posible en este caso utilizar relevadores alternos “simples” en vez de los relevadores sustancialmente más grandes y más caros con contactos de cierre y apertura de tipo forzado. Esta

disposición permite, por lo tanto, un aparato de

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conmutación de seguridad con especiales características de economía y de reducidas dimensiones, con el que, no obstante, se puede conseguir, como mínimo, la categoría 3 de la norma europea EN 954-1 o bien una etapa de seguridad equivalente.

Se comprende que las características que se han enunciado y las que se explicarán se pueden aplicar con las combinaciones indicadas y también en otras combinaciones o individualmente, sin salir del ámbito de la presente invención.

A continuación se explicarán de manera detallada ejemplos de realización de la invención mostrados en los dibujos, en los que:

La figura 1 muestra un robot como ejemplo de una instalación de funcionamiento automatizado con el nuevo aparato de conmutación de seguridad.

La figura 2 es una representación esquemática de un primer ejemplo de realización del nuevo aparato de conmutación de seguridad, y

La figura 3 muestra varios diagramas de variación a lo largo del tiempo del funcionamiento de un ejemplo de realización del nuevo dispositivo de seguridad.

En la figura 1 se ha mostrado una instalación que funciona de forma automatizada, en la que se ha designado el aparato de conmutación de seguridad que se utiliza en la misma con el numeral de referencia (10) en su conjunto.

La instalación (10) comprende un robot (12), cuyo espacio de trabajo está asegurado mediante un tabique de

protección con una puerta de protección (14). La posición

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de aseguramiento o de cierre de la puerta de protección

(14) es detectada mediante un sensor de protección (16). El sensor de protección comprende una primera parte (16a), que está fijada a la parte móvil de la puerta de protección (14), así como una segunda parte (16b) en el bastidor fijo

de

la puerta de protección (14). En un ejemplo

de

realización,

la primera parte (16a) comprende un

transpondedor,

que solamente puede ser reconocido y

evaluado

para la posición de cierre de la puerta de

protección por la segunda parte (16b) (aparato de lectura). La invención no está limitada, no obstante, a este tipo de sensores de protección ni tampoco a sensores de protección como dispositivo de señalización. Igualmente, la invención podrá ser utilizada con otros aparatos de señalización, en espacial pulsadores de paro de emergencia, así como sensores de régimen de giro, barreras luminosas y otros.

Con el numeral de referencia (18) se ha mostrado un aparato de comunicación de seguridad según la presente invención. Está destinado a desconectar el robot (12) al producirse la apertura de la puerta de protección (14).

La instalación (10) se ha mostrado con un pulsador

(20) de desconexión de emergencia como aparato adicional de señalización. El pulsador de desconexión de emergencia (20) es evaluado, según la presente invención, con otro aparato adicional de conmutación de seguridad (22). Los aparatos de conmutación de seguridad (18) y (22) comprenden, en el ejemplo de realización que se ha mostrado de manera correspondiente, salidas libres de potencial (se explicarán

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a continuación en base a la figura 2), que estarán unidas entre sí en serie para constituir un enlace lógico Y.

En un extremo de la cadena lógica, en este caso en la salida del aparato de conmutación de seguridad (22), se han dispuesto dos protectores (24, 26), cuyos contactos de trabajo están conectados nuevamente en serie en una ruta de alimentación de corriente (28) a los robots (12). En los contactos de trabajo de ambos protectores (24, 26) se dispone de contactos de cierre, que solamente se cierran cuando los circuitos de entrada de los protectores (24, 26) son excitados con una tensión de trabajo que es más elevada que la tensión de marcha o de paro de los protectores (24, 26). La tensión de trabajo (30) asciende, por ejemplo, a 24 voltios y, en este ejemplo de realización, pasará mediante los contactos de salida conectados en serie de los aparatos de conmutación de seguridad (18) y (22) a los protectores (24, 26). Al abrir la puerta de protección (14) y/o en el accionamiento del pulsador de desconexión de emergencia (20), se desconectan los aparatos de conmutación de seguridad (18, 22) de la ruta de corriente mediante la cual los circuitos de entrada de los protectores (24, 26) están conectados a la tensión de trabajo (30). De esta manera, se desconectan los protectores (24, 26) y el robot

(12) es desconectado. Los protectores (24, 26) y (de modo directo) el robot (12) son, por lo tanto, puntos de consumo en el sentido de la presente invención.

Se comprende que la instalación (10) se ha mostrado en este caso de forma simplificada. En especial, se han

mostrado en este caso solamente dos simples circuitos de

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seguridad para la desconexión del robot (12). En la práctica, existen de manera típica otros circuitos de seguridad. Por ejemplo, los protectores (24, 26) disponen, de manera típica, de contactos de apertura que se abren de modo forzado, que se remiten, como mínimo, a uno de los aparatos de conmutación de seguridad (18, 22) para evitar la conexión del robot (12), cuando uno de los protectores (24, 26) está cerrado. Además, se prevé de manera típica un

control

de funcionamiento (no mostrado) que controla el

funcionamiento normal del robot (12).

La

figura 2 muestra el aparato de conmutación de

seguridad

(22) con otros detalles. El aparato de

conmutación de seguridad (18) puede estar construido básicamente de igual forma o también puede presentar una unidad de evaluación y control de los canales, así como salidas libres de potencial de manera convencional.

Los componentes del aparato de conmutación de seguridad (22) están dispuestos de manera conocida en un cuerpo de aparato compacto (36). El cuerpo (36) presenta conexiones, por ejemplo, en forma de bornes de tornillo o de tipo elástico. Con los numerales de referencia (38, 40) se han designado dos conexiones que, en este caso, se utilizan también tanto para la conexión del pulsador de desconexión de emergeneica (20) como también para la conducción de la tensión de alimentación (42) para el aparato de conmutación de seguridad (22). La tensión de alimentación (42) se ha mostrado en este caso como tensión continua y está conectada con intermedio de un contacto de

apertura del pulsador de desconexión de emergencia (20) a

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la conexión (38, 40). De manera alternativa, la tensión

(42)

puede ser también básicamente una tensión alterna.

Con las cifras de referencia (46, 48) se han indicado otras dos bridas de conexión, en las que está unido un conector en serie de un pulsador de arranque (50) y dos contactos de apertura (52, 54). El contacto de apertura

(52)

corresponde al protector (24) de la figura 1 y es conducido de manera forzada con los contactos de cierre del protector (24). De manera similar, el contacto de apertura

(54)

es llevado de manera forzada a los contactos de cierre del protector (26).

El aparato de conmutación de seguridad (22) se ha mostrado en este caso en su conjunto con cuatro elementos de conmutación (56, 56’, 58, 58’). Los elementos de conmutación (56, 58) o bien (56’, 58’) están dispuestos de manera correspondiente en serie entre sí y constituyen dos rutas de alimentación de corriente mediante las cuales se pueden excitar ambos protectores (24, 26). La segunda ruta de alimentación de corriente con los elementos de conmutación (56’, 58’) se ha mostrado solo parcialmente a efectos de mejor visibilidad, es decir, sin los detalles del control de los elementos conmutadores (56’, 58’). El control de los elementos (56’, 58’) tiene lugar, no obstante, de igual manera que el control de los elementos de conmutación (56, 58). Por esta razón, las siguientes explicaciones se refieren igualmente a los elementos conmutadores (56’, 58’), si no se indica lo contrario.

Los elementos conmutadores (56, 58) están realizados

en este caso como conmutadores de corriente alterna. Cada

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uno de los elementos conmutadores (56, 58) presenta tres conexiones (60, 62, 64), que en la figura y a efectos de mejor visibilidad, se han designado solamente como el elemento conmutador (56). Las tres conexiones (60, 62, 64) constituyen dos rutas de conmutación alternativas entre sí. Una primera ruta de conmutación (66) discurre entre las conexiones (62) y (64) (mostrado en la figura 2 con líneas de trazos). Una segunda ruta de conmutación alternativa

(68) discurre desde la conexión (60) a la conexión (64) (mostrada en líneas de trazos). La conexión (64) constituye de esta manera una ramificación única de las rutas de conmutación alternativas (66, 68). En un momento determinado de tiempo, se puede cerrar solamente una de las rutas de conmutación (66, 68). En este caso, la otra está abierta.

Los conmutadores de corriente alterna (56, 58) están dotados en un ejemplo de realización de la invención de un relevador alterno, cada uno con un contacto, que están conmutados entre las conexiones (60, 62). En otros ejemplos de realización, los conmutadores alternativos pueden estar

realizados,

no obstante, como otros elementos de

conmutación,

como mínimo, con ayuda de elementos de

conmutación semiconductores.

La conexión (62) del elemento de conmutación (56) está unida con una conexión (70) en el cuerpo (36) del aparato de conmutación de seguridad (22). De igual manera, la unión

(66) del elemento de conmutación (58) está unida con una conexión externa (72) del aparato de conmutación de

seguridad (22). Las ramificaciones (64) de ambos elementos

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de conmutación (56, 58) están unidas en serie entre sí. De esta manera, constituyen la primera ruta de conmutación

(66)

de ambos elementos de conmutación (56, 58) una ruta de suministro de corriente entre las uniones (70, 72) del aparato de conmutación de seguridad (22) que, dependiendo de la posición de conmutación de los elementos de conmutación (56, 58), pueden encontrarse cerradas o abiertas. De igual manera, los elementos de conmutación (56’, 58’) constituyen una segunda ruta de suministro de corriente entre los bornes de conexión (74, 76) del aparato de conmutación de seguridad (22). En los bornes de conexión (72, 76) se conectan en la aplicación, según la figura 1, las protecciones (24, 26). Las conexiones (70, 74) se encuentran a la tensión de trabajo (30), que de igual manera, tal como se ha descrito, será controlada mediante el aparato de conmutación de seguridad (18).

Las segundas rutas de conmutación (68) de los cuatro elementos de conmutación (56, 56’, 58, 58’) están unidas en este ejemplo de realización entre sí en serie y esta conmutación en serie está unida con una unidad de monitorización que se ha representado en la figura 2 con el numeral (78). La unidad de monitorización (78) puede estar constituida en forma de dos canales, lo que se ha indicado esquemáticamente en la figura 2. No obstante, es también posible constituir la unidad de monitorización (78) en un solo canal. Es un objetivo de la unidad de monitorización

(78)

el alimentar una señal de prueba (80) en el circuito en serie de la segunda ruta de conmutación (68) de los

elementos de conmutación (56, 58, 56’, 58’). Cuando la

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unidad de monitorización (78) puede recibir en retorno la señal de prueba (80) a través de la mencionada ruta de conmutación, ello significa que la totalidad de los elementos de conmutación se encuentran en la posición de

conmutación

mostrada en la figura 2. Las rutas de

alimentación

de corriente a los protectores (24, 26) se

encuentran, por lo tanto, interrumpidas.

La

unidad de monitorización (78) está unida a un

microcontrolador

(82) que constituye una unidad de

evaluación y control en el sentido de la presente invención. De acuerdo con un ejemplo de realización preferente, se dispone solamente un microcontrolador (82), si bien la invención no está limitada a ello. El microcontrolador (82) está constituido además para ajustar la posición de conmutación de los elementos de conmutación (56, 58, 56’, 58’). Además, lleva a cabo de la forma que se describe a continuación, pruebas funcionales para comprobar la función de conmutación de los elementos de conmutación (56, 58, 56’, 58’).

Los elementos de conmutación (56, 58) requieren para la conmutación una tensión de alimentación que se encuentra en un conductor (84) o bien en el condensador (86). La tensión de alimentación (84, 86) corresponde, en este caso, esencialmente a la tensión de alimentación (42) que se encuentra en las condiciones (38, 40) del aparato de conmutación de seguridad (22). La tensión en el conductor

(84) es conducida con intermedio del circuito de entrada de los elementos de conmutación (56, 58), así como un

transistor (90, 92). Con ayuda de los transistores (90,

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92),

el microcontrolador (82) puede cerrar o abrir el

circuito

de excitación a cada uno de los elementos de

conmutación

(56, 58). Si el circuito de excitación se

encuentra

cerrado y, por lo tanto, una tensión de

alimentación

es aplicada al condensador (86) o bien al

conductor

(84), que es más elevada que la tensión de

arranque de los elementos de conmutación (56, 58), los conmutadores de cambio pasan a la primera ruta de conmutación (66). Por el contrario, si falta la tensión de alimentación en el conductor (84) (o baja la tensión en este caso por debajo de la tensión de retención de los elementos de conmutación) o interrumpe el microcontrolador

(82)

el circuito de excitación con ayuda de los transistores (90, 92), los elementos de conmutación vuelven a su posición de conmutación negativa, en la que la segunda ruta de conmutación (68) está cerrada. Las rutas de conducción de corriente a los protectores (24, 26) se encuentran entonces interrumpidas.

Con el numeral de referencia (88) se ha designado un circuito de conmutación y reposición. Éste contiene en este caso un regulador de tensión (no mostrado específicamente) que genera en base a la tensión de alimentación general

(42)

una tensión de alimentación individual para el microcontrolador (82). Además, el circuito (88) de conmutación y reposición funciona de manera que el microcontrolador (38), después de cada regreso de la tensión a las conexiones (38, 40), se pone en marcha en una forma definida (función de reposición o “Reset”). En un

ejemplo de realización, el circuito de conmutación y de

-22 –

reposición contiene, por lo tanto, además un generador de impulsos (no mostrado específicamente) que está unido con la entrada de reposición del microcontrolador (82). Las tensiones de alimentación para el microcontrolador (82) y para los elementos de conmutación (56, 58) son generadas ambas a partir de la tensión de alimentación (42) que se aplica a la entrada del aparato de conmutación de seguridad (22). Para el desacoplamiento de ambas tensiones de alimentación separadas internamente, se prevé un dispositivo de desacoplamiento (94), que en el ejemplo de realización mostrado contiene un diodo y una resistencia (95), que en conjunto con el condensador (86) constituyen un circuito RC. La resistencia (95) determina el tiempo de carga hasta conseguir la carga completa del condensador (86). Por esta razón, el circuito RC a base de la resistencia (95) y el condensador (86) constituye un circuito temporizador que provoca que la tensión de alimentación para los elementos de conmutación (56, 58) sea conseguida solamente después de un determinado retraso medido desde la aplicación de la tensión de alimentación

(42)

a las conexiones (38, 40).

Con el numeral (96) se ha indicado un llamado dispositivo de vigilancia o “Watchdog” que contiene un segundo circuito temporizador. El dispositivo de vigilancia

(86)

actúa por una parte efectuando la supervisión de la función del microcontrolador (82) de manera conocida. Para ello, el dispositivo de control (96) espera los impulsos de regreso regular que deben ser facilitados por el micro

controlador (82). Además, el dispositivo de control (86)

-23 –

está conectado con varios circuitos Y (98) con cuya ayuda impide la transferencia de las señales de control del micro-controlador (82) a los transistores (90, 92).

El control de los elementos de conmutación (56, 58) tiene lugar en este ejemplo de realización de modo diversificado, es decir, con señales de control distintas entre si. El control del elemento de conmutación (56) (y del elemento de conmutación (56’)) tiene lugar en este caso con una señal de control dinámica (sucesión de impulsos definida) que prepara el micro-controlador (82) en una salida (100). La señal de control (100) es enviada mediante un circuito Y así como un condensador (102) al transistor (90). El transistor (90) será conductor solamente cuando el micro-controlador (82) genera la sucesión de impulsos en la salida (100) con la frecuencia y amplitud prevista y cuando el dispositivo de control (96) traspasa esta sucesión de impulsos al condensador (102).

Por el contrario, los elementos de conmutación (58, 58’) del micro-controlador (82) son controlados con una

señal

estática (104). De manera alternativa a ello, los

elementos

de conmutación (56, 58) podrían ser también

controlados

con una señal dinámica o de manera

correspondiente una señal estática, de manera que es favorable en general que las señales de control (100, 104) sean distintas entre si.

En la consideración de fallos del conmutador alternativo (56, 58), según la norma IEC 62061, se deben tener en cuenta los siguientes fallos:

-24 –

1. Los conmutadores alternativos (56, 58) permanecen en la posición de conmutación excitada (primera)

(66) a pesar de que el circuito de entrada se encuentra no excitado (no controlado).

2.

Los conmutadores alternos (56, 58), a pesar de la excitación del circuito de entrada, no pasan a la primera posición de conmutación (66) sino que permanecen en la segunda posición de conmutación de fallo (68).

3.

Tiene lugar la unión entre todas las conexiones (60, 62, 64).

Estos defectos se pueden controlar por el hecho de que la unidad de monitorización (78) comprueba la función de conmutación de los conmutadores alternos (56, 58) conjuntamente con el micro-controlador (82) antes de cerrar la ruta de alimentación de corriente al punto de consumo. De esta manera, la unidad de monitorización (78) genera la señal de prueba (80) y la almacena en el circuito en serie de la segunda ruta de conmutación (68). Cuando todos los conmutadores alternos conectados se encuentran en su estado de fallo, la unidad de monitorización (78) debe poder leer en retroceso la señal de prueba (80). En la siguiente fase se desconectará, por ejemplo, el conmutador alterno (56) del microcontrolador (82). La señal de prueba (80) ya no debe ser leída cuando la conmutación del conmutador alterno funciona sin fallos y no existe cortocircuito entre las conexiones (60, 62, 64). Si esta prueba ha tenido lugar con éxito, la unidad de monitorización prueba de manera sucesiva los demás conmutadores alternos. Si se puede leer

la señal de prueba (80) en uno de los casos de prueba,

-25 –

existe uno de los fallos antes mencionados. La unidad de monitorización (78) informa al micro-controlador (82) de manera correspondiente e impide el cierre de la ruta de alimentación de corriente a los protectores (24, 26). Por el contrario, si todos los conmutadores alternos resisten la prueba, la ruta de alimentación de corriente a los protectores (24, 26) puede ser cerrada. Si uno de los conmutadores alternos no se conmuta a la primera ruta de conmutación (66), no se podría poner en marcha el punto de consumo conectado. A pesar del fallo (no comprobado) se garantizaría, no obstante, una situación segura.

Esta forma de funcionar se ha mostrado gráficamente en base al diagrama de tiempos de la figura 3. La primera curva de variación con el tiempo (110) muestra la aplicación de la tensión de alimentación (42) al aparato de conmutación de seguridad (22), para la conexión de la instalación en su conjunto o en el caso de cierre del pulsador de desconexión de emergencia (20). Se deberá tener en cuenta que el pulsador de desconexión de emergencia (20) es accionado en un punto de tiempo (t1), de manera que la tensión de alimentación (42) es separada del aparato de conmutación de seguridad (22).

La segunda curva de variación con el tiempo (112) muestra la tensión de alimentación para el microcontrolador (82), que es generada con ayuda del circuito de tensión y el circuito de reposición (88). Durante un primer periodo de tiempo (114) después de la aplicación de la tensión de alimentación al micro-controlador (82) (o bien

después de una operación de reposición) el micro

-26 –

controlador (82) lleva a cabo pruebas de funcionamiento internas, tal como es conocido del funcionamiento de microcontroladores en aparatos de conmutación de seguridad.

La tercera curva de variación con el tiempo (116) muestra la variación de la tensión de alimentación al circuito de excitación de los elementos de conmutación (56, 58). La tensión de alimentación aumenta al principio de manera más lenta, lo que se debe atribuir al comportamiento temporal del circuito RC (95, 86). El dimensionado de los componentes se escoge de manera tal que la tensión de alimentación a los elementos de conmutación (56, 58) se aplica solamente de manera completa cuando el microcontrolador (82) ha terminado su autocomprobación interna.

La cuarta curva de variación con el tiempo (118) es la señal de salida en el dispositivo de control (96). Con esta señal, las salidas (100, 104) del microcontrolador (82) son conectadas con los transistores (90, 92) en los elementos de conmutación (56, 58). Solamente después del punto de tiempo (t2) se encuentran, por lo tanto, el microcontrolador (82) en situación de controlar los elementos de conmutación (56, 58).

La quinta curva muestra la señal de pruebas (80), que es alimentada desde la unidad de monitorización (78) al circuito de la segunda ruta de conmutación (68).

En ambas curvas siguientes, se han mostrado las señales de control (100) y (104) para los elementos de conmutación (56, 58). En primer lugar, se activa una señal de control para el periodo de tiempo (120) o bien (122), de

manera que los periodos de tiempo (120, 122) están

-27 –

desplazados entre sí. Además, las señales de control son en los periodos de tiempo (120, 122) iguales en tiempo a la señal de prueba (80). Cuando la señal de prueba (80) durante los periodos de tiempo (120) ó (122) no pueden ser ya leídas por la unidad de monitorización (78), lo que se ha mostrado esquemáticamente en la figura 3, la conmutación del correspondiente elemento de conmutación (56, 58) se ha realizado satisfactoriamente. Después del final satisfactorio de la prueba, el micro-controlador (82) puede conmutar los elementos de conmutación (56, 58) en su primera posición de conmutación (66) y cerrar, por lo tanto, las rutas de alimentación de corriente a los protectores (24, 26) (punto de tiempo (t3)).

El diagrama inferior muestra finalmente la variación

(124) de la tensión de trabajo (30) en el circuito de entrada de los protectores (24, 26). Los protectores (24, 26) pueden actuar después del punto de tiempo (t3), el robot

(12) puede entrar en funcionamiento. Si en el punto de tiempo (t1) el pulsador de desconexión de emergencia (20) es accionado, desaparece la tensión de alimentación (después de un tiempo de descarga para el condensador (86) que no se ha considerado en este caso), la alimentación de tensión a los elementos de conmutación (56, 58). Además, desaparecen las señales de control (100, 104) para los elementos de conmutación (56, 58). Ambos resultados se traducen en que la ruta de alimentación de corriente a los protectores (24, 26) queda interrumpida.

En otros ejemplos de realización, la funcionalidad de

la unidad de monitorización (78) puede ser integrada, por

-28 –

lo menos parcialmente, en el micro-controlador (82). Esto es preferible, por ejemplo, cuando la señal de prueba (80) del micro-controlador (82) es acoplada con intermedio de un optoacoplador, un acoplamiento capacitivo o inductivo en el circuito de monitorización de la segunda ruta de conmutación. La parte que se ha designado en este caso como unidad de monitorización (78) puede comprender, por ejemplo, el optoacoplador o un transmisor.

Además, los ejemplos de realización de la invención pueden comprender que los conmutadores alternos (56, 58) puedan comprender varios contactos de conmutación paralelos. En este caso, las rutas de lectura en retroceso de la unidad de monitorización (78) pueden ser conducidas de forma paralela.

Además, se puede prever que los conmutadores alternos (56, 58) comprendan una unidad de monitorización (78) propia que genera una señal de prueba individual para cada conmutador alterno correspondiente. Las múltiples unidades de monitorización se pueden unir con el micro-controlador

(82) para comunicar los resultados de la prueba funcional del micro-controlador (82). Además, las segundas rutas de conmutación de los conmutadores alternos (56, 58) pueden ser unidas en serie entre si, mientras que las segundas rutas de conmutación de los conmutadores alternos (56’, 58’) constituyen un segundo circuito en serie que está constituido de forma separada con respecto al circuito en serie de los conmutadores alternos (56, 58).

Finalmente, la presente invención puede ser realizada

también con elementos de conmutación “convencionales” en la

-29 –

salida del aparato de conmutación de seguridad (22), con dos relevadores accionados de modo forzado o con elementos conmutadores semiconductores tal como se muestra en el documento DE 100 11 211 A1.

Claims (10)

1. -30 – REIVINDICACIONES

   1.-Aparato conmutador de seguridad para la desconexión segura de un consumo eléctrico (24, 26), en particular en una instalación automatizada (10), que comprende como mínimo una entrada (38, 40) para la conexión de un dispositivo de señalización (16; 20), que comprende una unidad de evaluación y control (82), y que comprende como mínimo un elemento de conmutación (56, 58) que puede ser controlado por la unidad de evaluación y control (82) para interrumpir una ruta de suministro de potencia eléctrica al consumo eléctrico (24, 26), estando diseñada la unidad de evaluación y control (82) para llevar a cabo pruebas funcionales (120, 122) en momentos de tiempo definidos a efectos de comprobar una función de conmutación de el como mínimo un elemento de conmutación (56, 58), caracterizado porque la como mínimo una entrada (38, 40) para conectar el dispositivo de señalización (16; 20) está diseñada además como entrada para suministrar un voltaje de alimentación (42) requerido para el funcionamiento de como mínimo un elemento de conmutación (56, 58).
2. 2.-Aparato conmutador de seguridad, según la reivindicación 1, caracterizado porque la como mínimo una entrada (38, 40) está diseñada además para suministrar un

   voltaje

   de alimentación (42) requerido para el

   funcionamiento de la unidad de evaluación y control (82).

3. 3.-

   Aparato conmutador de seguridad, según la

   reivindicación

   2, caracterizado por una red (94) de

   desacoplamiento,

   que está diseñada para desacoplar el

   voltaje de alimentación (84) para el como mínimo un

   -31 –

   elemento de conmutación (56, 58) y el voltaje de alimentación para la unidad de evaluación y control (82)

   entre sí.

4. 4.-

   Aparato conmutador de seguridad, según la

   reivindicación

   3, caracterizado porque la red de

   desacoplamiento

   (94) comprende un primer elemento de

   retardo (86, 95) a efectos de retardar el suministro de alimentación (84) para el como mínimo un elemento de conmutación (56, 58) con respecto al voltaje de alimentación para la unidad de evaluación y control (82).
5. 5.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por un circuito de reposición (88) que está diseñado para reponer la unidad de evaluación y control (82) en un estado definido de puesta en marcha siempre que retorna el voltaje de alimentación (42).
6. 6.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la unidad de evaluación y control (82) es una unidad de evolución y control de canal único.
7. 7.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la unidad de evaluación y control (82) comprende un microcontrolador que está diseñado para llevar a cabo las pruebas funcionales (120, 122) en los momentos de tiempo definidos y, en particular, antes de cerrar la ruta de suministro de potencia eléctrica al consumo eléctrico (24, 26).
8. 8.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por un segundo

   -32 –

   elemento de retardo (96) que está diseñado para bloquear la conexión entre la unidad de evaluación y control (82) y el como mínimo un elemento de conmutación (56, 58) durante un intervalo de tiempo definido medido desde la aplicación del voltaje de alimentación (42).
9. 9.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por como mínimo dos elementos de conmutación (56, 58) que están dispuestos en serie entre si, a efectos de interrumpir la ruta de alimentación de potencia eléctrica al consumo eléctrico (24, 26) sobre una base redundante, estando diseñada la unidad de evaluación y control (82) para producir una primera señal de control dinámico (100) para un primer elemento de conmutación (56) de cómo mínimo dos elementos de conmutación y una segunda señal de control (104), en particular una señal estática, para el segundo elemento de conmutación (58) de los, como mínimo, dos elementos de conmutación.
10. 10.- Aparato conmutador de seguridad, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el como mínimo un elemento conmutador (56, 58) es un conmutador de cambio que tiene como mínimo dos rutas de conmutación alternativas entre si (66, 68), con una primera ruta de conmutación (66) situada en la ruta de alimentación de potencia eléctrica al consumo eléctrico (24, 26) y con una segunda ruta de conmutación (68) que conduce a una unidad de monitorización (78).