JP2007532846A - 安全回路用安全スイッチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】安全スイッチ18a,18bは、入力信号を処理する制御部を含み、かつ少なくとも一つの活性および一つの非活性状態を有する少なくとも一つの切換要素を備える。制御部は、入力信号に依存する出力信号を発生させるために、切換要素を制御するように構成される。さらに、安全スイッチは、機能故障を識別する診断機能を有し、制御部は、機能故障が識別されると、切換要素を非活性状態に移行するように構成される。制御部は、切換要素を用いてデータメッセージ96を発生させるように構成され、データメッセージは、識別された機能故障に依存している。
【選択図】図3
Description
下記特許文献1は、回転機械部または他の危険場所を保護するための保護フェンス、保護ドア、機械被覆部、または他の保護装置の位置をモニタするために設けられる安全切換装置を開示している。そのような安全切換装置は、安全スイッチまたは安全切換回路用シグナリング装置と呼ばれることが多い。安全スイッチ(または、より一般的には、シグナリング装置)は、より高レベルの安全制御器に供給される安全関連入力信号を発生させるために用いられる。安全制御器は、多数のシグナリング装置の入力信号を評価するように、かつそれに依存して、危険設備を、例えば移動駆動システムのスイッチを切る等の安全状態にするように構成される。この構成では、安全制御器は、「簡易」動作制御器と比較して、フェールセーフ性のはるかに高い規格に合致しなければならないので、一般に、設備の動作制御器とは別に実現される。
下記特許文献1はまた、多数のそのような安全スイッチが、より高レベルの安全制御器に、互いに直列に接続される安全回路を開示している。この構成では、イネーブル信号は、個々の安全スイッチの切換要素を通って、より高レベルの安全制御器までループされる。安全スイッチの一つが、その切換要素を用いてイネーブル信号を抑制すると直ちに、安全制御器にはイネーブル信号がなくなり、それに応じてモニタされた設備が安全な休止位置になる。
例えば光バリアまたは光カーテン等のより多くのインテリジェントセンサでは、この目的のために別個の診断ラインまたはフィールドバス接続を用いて、より高レベルの安全制御器に診断情報を信号で知らせることが公知である。これは、「小」シグナリング装置、特に機械的に操作されるシグナリング装置にとってあまりにも複雑でかつあまりにも高価であるだろう。
対応する安全回路は、安全スイッチのデータメッセージを受信しかつ処理するように構成される安全制御器を備える。
新規の安全スイッチは、このように、包括的診断機能を持つが、複雑ではなくかつ追加の通信ラインのコストもかからない安全回路の費用効果的かつ汎用性のある構成を提供する。上記の目的は、このように完全に達成される。
あるいは、データメッセージを発生させる制御部はまた、出力ラインに接続される追加の切換要素を駆動することもできる。しかしながら、既存の切換要素を用いることで、さらなるコストを省きかつ必要とされる構成空間を減じる。
冗長切換要素を用いることは、安全自動技術の分野では本来周知である。しかしながら、本発明の文脈では、冗長切換要素の使用は、フェールセーフ性のみならず利用可能性を増す。たとえ切換要素の一つが、機能故障(半導体切換要素の故障、リレーでの接触溶接等)のためにもはや切換機能を実行することができなくても、新規安全スイッチは、冗長チャンネルを経て全ての診断情報を依然として送ることができる。任意の診断データの不足が、出力端部での切換要素の故障を示しているが、本実施形態は、配線およびコスト費用を著しく増加させることなく、より広範な診断を提供する。
パルス状のデータメッセージを用いることは、非常に簡単な仕方で実現できる。他方、2本〜3本のラインを経て、直列プロトコルを持つ多量のデータも送信する可能性を提供する。パルス状のデータメッセージの使用は、このように、ほとんど配線の手間なく高度の診断を達成する特に対費用効果がよい方法である。
このように、各シグナリング装置、より一般的には各安全切換装置が、その同一性をより高レベルの制御器に報告することが可能である。したがって、安全回路全体の詳細な診断を、より簡単にかつ選択的に達成することができる。
本実施形態は、一つの安全スイッチから次の安全スイッチに診断データを順次送信するのに特に有利である。下流安全スイッチは、該入力を経て、上流安全スイッチの診断データを受信することができ、かつ該データをその出力で再生することができる。さらに、下流安全スイッチは、この実施形態では、受信された診断データを、もしこれが望ましければ、補充しおよび/または変化させる能力を有する。診断能力は、このように、より汎用性がある。
簡単なかつ費用効果的な仕方で、本実施形態は、互いに直列に配置される多数の安全スイッチへの自動アドレス割り当てを提供する。好ましい実施形態に関連して以下で説明するように、パルスを追加する結果、「アップカウンタ」の方式でアドレスの割り当てが生じる。関連する自動システムは、それ自体を安全回路の変化(安全スイッチを追加することまたは除去すること)に適応させ、このようにして誤りを避ける。さらに、この種類のアドレス割り当ては、ハードウェアを追加する手間なしに可能であり、それゆえ対費用効果がよい。
本実施形態は、新規安全スイッチをシグナリング装置として規定する。複雑な安全回路において、複数のシグナリング装置は、しばしば一つまたは2つ〜3つの安全制御器に接続されなければならないので、本発明の利点は、本実施形態では特に効果的である。本発明は、機械操作されるシグナリング装置、特に保護ドアスイッチ、緊急オフボタン、両手スイッチ、開始または制御ボタン、および位置スイッチにおいて特に有利である。これらの「簡単な」シグナリング装置には、仮にあったとしても、従来わずかな診断機能しか装備されていなかった。さらに、これらは、例えば、診断機能を実現するための高費用が、これまで価値がなかった理由であるインテリジェント光バリアと比較して、比較的対費用効果がよい部品である。しかしながら、本発明を用いて、これらの簡単なシグナリング装置を、特に、高診断機能を持つが、ほとんど配線費用がかからずに、より高レベルの安全制御器に接続することができる。
図1では、本発明に従って保護される設備は、全体を参照番号10で表記する。
この場合の設備10は、ロボット12を含み、ロボット12の自動化された移動は、ロボット12の移動範囲内にいる人(本明細書では図示せず)にとって危険であるだろう。したがって、それ自体公知であるように、ロボット12の移動範囲は、保護ドア14および保護フェンスを用いて保護される。保護ドア14上に、アクチュエータ16が装着される。それを背に保護ドア14が閉状態にある固定フレーム上に、安全スイッチ18、より一般的には本発明によるシグナリング装置が設けられる。安全スイッチ18は、多数のラインを経て、安全制御器20に接続される。安全制御器20は、その出力で、二つの接触器22,24を制御し、その接触は、ロボット12への電源26を遮断することができる。
切換要素34の制御接続(ゲート)は、マイクロコントローラ30に接続される。入力38(ソース)は、安全スイッチ18が動作している場合、動作電圧UBが存在するライン40に接続される。出力42(ドレイン)は、安全スイッチ18が外部配線されうる端子44に接続される。切換要素34の出力42は、このように、安全スイッチ18の出力信号を形成する。
切換要素34,36の出力42での信号は、二つの分圧器48,50を経てマイクロコントローラ30,32にもどって結合される。マイクロコントローラ30,32は、このように、切換要素34,36のそれぞれの切換状態をモニタすることができる。
安全スイッチ18aは、その端子60,62で、安全制御器20の出力に接続される。これらの出力は、好ましくは、異なる周波数の二つのクロック信号が存在する安全制御器20のいわゆるクロック出力であり、その結果交差接続が、安全スイッチ18aにおいてかつ安全制御器20において(図示しないが、読み戻すことによって)識別されうる。さらに、安全スイッチ18aは、動作電圧UBに接続され、かつ端子66,68でそれぞれ接地される。出力端では、安全スイッチ18aの端子44,46は、次の安全スイッチ18bの端子60,62に接続される。二つの安全スイッチ18a,18bは、このように互いに直列に配置される。図示した構成では、安全スイッチ18bはまた、その動作電圧を、安全スイッチ18aから受信する。代わりに、安全スイッチ18bを、動作電圧UB用の他の源に接続することもできる。
安全制御器20は、作動された後、その出力で、イネーブル信号として安全スイッチ18aに供給される二つのクロック信号88,90を発生させる。安全スイッチ18aのマイクロコントローラ30,32は、関連するアクチュエータの現在の状態を入力部52を用いてモニタする。アクチュエータが入力部52の範囲内にあるなら、かつイネーブル信号88,90が正しく受信されているなら、マイクロコントローラ30,32は、切換要素34,36を用いて、イネーブル信号88,90の複製である二つの出力信号を発生させる。しかしながら、該出力信号はまた、例えばそれらの周波数に関しては、クロック信号88,90と異なることもあり得る。第2安全スイッチ18bは、また閉じた保護ドアおよび正しい動作を見つけた場合にも、複製イネーブル信号を受信し、次にその出力で該イネーブル信号を複製する。安全制御器20は、ライン92,94を経て複製イネーブル信号を受信する。
好ましい実施形態では、安全スイッチ18a,18bのデータメッセージは、情報をより高レベルの安全制御器20に信号で知らせたいと思うその安全スイッチを識別するアドレス情報項目を含む。それぞれのアドレスは、さまざまな仕方で、安全スイッチ18a,18b用に割り当てることができる。例えば、各安全スイッチ18a,18bには、割り当てられたアドレスが設定される多段アドレス選択スイッチ(ここでは図示せず)が設けることができる。他の実施形態では、安全スイッチ18a,18bは、いずれの場合にも、それらの関連するアクチュエータ16のコーディング58をアドレスとして用いる。
図4は、この初期設定モードについての信号図を示す。一番上のパルスシーケンス100は、安全回路80の全ての部品についての動作電圧UBの切換オンである。参照番号102で、安全制御器20の第1クロック出力での信号、すなわちライン88上の信号を示す。参照番号104で、安全制御器20の第2クロック出力での信号、すなわちライン90上の信号を示す。動作電圧USをオンに切り換えた後、第1安全スイッチ18は、このように、その入力60では連続ハイを、かつその入力62では一つのパルスを受信する。該第1スイッチ18は、これを検出すると直ちに、その出力44(参照番号106)で、その端子60に存在する信号(連続ハイ)を複製する。待ち時間Tの後、該第1安全スイッチは、次にその出力46で、参照番号108で示すように、二つのパルスを発生させる。待ち時間Tは、他のパルスが入力端で受信されるかどうかを識別するために用いられる。
さらに、シグナリング装置18のそれぞれの動作は、例えば上記特許文献3から公知であるように、入力端子64によってパラメータ化できる。さらに、パラメータ化は、異なるトランスポンダコーディングを用いて外部から実施できる。
Claims (10)
- 入力信号(60,62,64;52)を処理する制御部(30,32)と、少なくとも一つの活性および一つの非活性切換状態を有する少なくとも一つの切換要素(34,36)とを備え、前記制御部(30,32)は、入力信号に依存している出力信号を出力(44,46)で発生させるために、前記切換要素(34,36)を制御するように構成され、機能故障を識別する診断機能をさらに備え、前記制御部(30,32)は、機能故障が識別されると、前記切換要素(34,36)を前記非活性状態に移行するように構成される安全回路用安全スイッチであって、前記制御部(30,32)は、前記出力(44,46)でデータメッセージ(96)を発生させるようにさらに構成され、該データメッセージは、前記識別された機能故障に依存していることを特徴とする、安全スイッチ。
- 前記制御部(30,32)は、前記切換要素(34,36)を用いて前記データメッセージ(96)を発生させるように構成されることを特徴とする、請求項1に記載の安全スイッチ。
- 前記制御部(30,32)によって冗長的に制御されるように配置される少なくとも二つの相互冗長切換要素(34,36)を特徴とする、請求項1または2に記載の安全スイッチ。
- 前記制御部(30,32)は、パルス状データメッセージ(96)を発生させるために、前記切換要素(34,36)のパルス幅を制御するように構成されることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の安全スイッチ。
- 前記制御部(30,32)は、前記データメッセージ(96)におけるアドレスを含むように構成されることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の安全スイッチ。
- 前記入力信号を形成する外部イネーブル信号(88,90)のための少なくとも一つの入力(60,62)を特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の安全スイッチ。
- 前記制御部(30,32)は、前記少なくとも一つの切換要素(34,36)を用いて、前記入力で供給されるイネーブル信号(88,90)より多くのパルスを含むパルスシーケンス(108,112,116)を発生させる初期設定モードを特徴とする、請求項6に記載の安全スイッチ。
- 第1状態と少なくとも一つの第2状態との間で交互になるように構成されるアクチュエータ(16)用の少なくとも一つの入力部(52)を特徴とし、前記入力部(52)は前記入力信号を発生させる、請求項1ないし7のいずれかに記載の安全スイッチ。
- フェールセーフ方式で危険設備(10)のスイッチを切る安全回路であって、請求項1ないし7のいずれかによる複数の安全スイッチ(18a,18b)を備え、前記設備(10)への電源経路(26)を遮断するように構成されるより高レベルの安全制御器(20)を備え、前記安全制御器(20)はまた、前記安全スイッチ(18a,18b)の前記データメッセージ(96)を受信しかつ処理するように構成される、安全回路。
- 前記複数の安全スイッチ(18a,18b)は、互いに直列に前記安全制御器(20)に接続される、請求項9に記載の安全回路。
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