JP4263339B2 - 安全スイッチ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２つのアクチュエータに用いて作業装置の電流供給を導通および遮断する安全スイッチ装置に関し、ここでアクチュエータが同時に活性化された場合にだけ、電流供給が導通される。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような安全スイッチ装置は、ＤＥ１９８１５１５０Ａ１から公知である。そこでは作業装置を監視するために、センサからなる装置が設けられており、ここでこの作業装置は、これらのセンサのスイッチ状態に依存して始動される。これらのセンサはマスタスレーブ原理にしたがって動作するバスシステムのスレーブを構成する。マスタは制御装置によって構成されており、このマスタはスレーブを所定のアドレスで周期的に問い合わせる。
【０００３】
上記のセンサは、送信器と受信器を１つずつ備えるライトバリアによって構成されており、各送信器は個別の符号化を備える送信光ビームによって、対応する受信器に送信する。バスシステムには冗長的な評価ユニットが接続されており、この評価ユニットは連続的にバスシステムを介して伝送される信号をモニタする。受信器によって、バスシステムを介して伝送された符号に誤りがないことが識別された場合にだけ、作業装置は評価ユニットによって始動される。
【０００４】
この装置の利点は、評価ユニットで符号を評価することにより、信号がバスシステムを介して伝送される際の伝送エラーを、極めて安全に発見することができることである。
【０００５】
ここでセンサを有利にも冗長的に設ける必要はなく、そうしなくてもバスシステムでの信号伝送を、装置を人員保護の領域で使用するために必要な安全レベルでチェックすることができる。
【０００６】
ここで基本的にはセンサの代わりに、アクチュエータ例えば非常用スイッチをスレーブとしてバスシステムに接続することも可能である。このような非常用スイッチは安全上の理由から２チャネルで構成されている。したがって各非常用スイッチは２つのコンタクトを有しており、これらのコンタクトは非常用スイッチを操作すると開く。非常用スイッチが操作されていない状態は、故障のない動作に相応する。この動作状態では、ビーム路に障害物のないライトバリアと同様に符号が評価ユニットに伝送される。これらの符号を、例えば４ビット幅の数値語の形態で伝送することが可能であり、ここでこの数値語の値は所定の経過の後、連続的に変化する。非常用スイッチが操作されるのは、これはライトバリアのビーム路に物体が入ったのと同様に障害の場合である。この場合、非常用スイッチから、先の符号とは異なる数値語の固定の値が評価ユニットに伝送され、これによって作業装置は非動作状態にされる。数値語の値は、４ビット数値語に対して例えば「００００」である。
【０００７】
作業装置を非動作状態にするためには、非常用スイッチのコンタクトを開くだけで十分である。しなしながらこの場合、この非常用スイッチの第２のコンタクトの、場合によっては発生し得る欠陥は識別されないままである。この場合に非常用スイッチのこの第２のコンタクトも故障してしまうと、作業装置の操作者は危険にさらされる。それはこの非常用スイッチを介してはもはや作業装置を遮断できないからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の安全スイッチ装置を改善して、安全スイッチ装置に欠陥がある場合に作業装置が起動されないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、少なくとも２つのアクチュエータを用いて作業装置の電流供給を導通または遮断する安全スイッチ装置であって、アクチュエータが同時に活性化された場合にだけ電流供給が導通される安全スイッチ装置において、アクチュエータは、符号発生器に接続されており、この符号化発生器によって数値語が出力され、この数値語は、２つの部分語に分割されており、これらの部分語の値はそれぞれ、１つずつのアクチュエータによって作用を受け、アクチュエータの活性化時には、部分語の値はそれぞれ連続的に変化し、アクチュエータの一方が不活性化されると、対応する部分語は、固定の所定の値をとり、アクチュエータのスイッチ状態をチェックするために、部分語を同時に評価ユニットに読み込むことを特徴とする安全スイッチ装置を構成することによって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、作業装置の電流供給を導通および遮断する安全スイッチ装置は、少なくとも２つのアクチュエータを有しており、ここで電流供給は、アクチュエータが同時に導通された場合にだけ導通される。
【００１１】
アクチュエータは符号発生器に接続されている。この符号発生器から数値語が出力され、この数値語は２つの部分語に分割される。ここで部分語の値には、アクチュエータが１つずつ作用する。アクチュエータのスイッチ状態をチェックするために、数値語の部分語を同時に評価回路に読み込む。
【００１２】
アクチュエータが活性化されると、部分語の値がそれぞれ連続して変化する。このことは評価ユニットに記録され、これに基づいて作業装置は始動される。
【００１３】
アクチュエータの１つが非活性化されると、対応する部分語は固定の値をとる。まだ活性化されているアクチュエータに対応する部分語の値だけが、引き続き変化する。
【００１４】
２つのアクチュエータが非活性化されると直ちに、相応して２つの部分語が固定の値をとる。
【００１５】
したがって２つの部分語の値を評価することによって簡単に、どのアクチュエータが所定の時点に活性化されているかをチェックすることができる。
【００１６】
ここで作業装置の始動に対する許可は、２つのアクチュエータが活性化されている場合にのみ行われる。少なくとも１つアクチュエータが非活性化されると、直ちにこのことが評価ユニット内で、時間の経過と共に変化しない、部分列の値によって記録され、これに基づいて作業装置は非動作状態にされる。
【００１７】
したがって本発明の安全スイッチ装置では、各アクチュエータは、数値語が部分語に分割されることによって、符号発生器を介して別個に監視される。これによりエラーに対して高い安全性が保証される。
【００１８】
ここで２つのアクチュエータを、例えば、人員保護の領域に使用されるライトバリア、光格子および類似のセンサ装置の、冗長に構成されたスイッチ出口から構成することも可能である。例えば２つのアクチュエータは、冗長に構成される、非常用スイッチのコンタクトから構成することもできる。
【００１９】
上記のような適用、例えば非常用スイッチにおいては、線路の欠陥によってエラーが発生し、これにより個々のアクチュエータをもはや非活性化できないことがある。これは非常用スイッチではこの非常用スイッチのコンタクトへの線路が短絡することによって発生することがある。このエラーが非常用スイッチを操作した時または操作した後に発生すると、まず非常用スイッチの２つのコンタクトが開かれる。線路における短絡によって相応の部分語は引き続き変化し、それに対して他方の部分語は固定の値で停止する。これによって数値語の値は所定の値から偏差し、したがって作業装置は非動作状態にされる。所定の時間の後、作業装置を再び動作させなければならない場合、操作者によって非常用スイッチは活性化され、ひいては動作させられる。非常用スイッチの一方のコンタクトへの線路に短絡が発生しているため、この非常用スイッチを活性化する前に、短絡の発生している線路に対応する部分語の値はすでに連続して変化しており、このことは評価ユニットで識別される。したがって非常用スイッチの活性化によって２つの部分語の値は、エラーのない動作と同様に変化するが、再導通は回避され、障害通報が出力される。再導通は、２つの部分語が前もって固定値「００００」をとっていた場合にだけ可能である。
【００２０】
基本的には評価ユニットに、発生するエラーを不揮発的に記憶しないでもよい。例えば修理の後などの作業装置の再導通は、この場合に動作テストを行った後にだけ可能であり、この動作テストではまず非常用スイッチを解除し、つぎに非常用スイッチを操作して、最終的には非常用スイッチを解除する。ここで部分語の値がそれぞれ所定の値に等しい場合にだけ、作業装置は導通される。
【００２１】
本発明を以下、図面を用いて説明する。
【００２２】
【実施例】
図１はマスタスレーブ原理にしたがって動作するバスシステム１を示している。このバスシステム１には複数の安全スイッチ装置２が接続されており、これらの安全スイッチ装置２はアクチュエータを２つずつ有している。これらの安全スイッチ装置２は有利には、人員保護の領域で使用するために冗長的に構成された装置の構成部材である。
【００２３】
安全スイッチ装置２はバスシステム１のスレーブを構成している。このバスシステム１は、例えばＳＰＳ制御装置である制御装置３によって構成されたマスタにより集中制御される。このマスタおよびスレーブはバス線路４を介して相互に接続されている。電流供給は電源部５によって行われる。
【００２４】
マスタは個々のスレーブを所定のアドレスで周期的に問い合わせ、これに応じて各スレーブはマスタに答えを送信する。
【００２５】
この実施例ではバスシステム１はＡＳｉバスシステムによって構成されている。ＡＳｉバスシステムは、殊に２値のセンサとアクチュエータの接続のために設計されている。ＡＳｉバスシステムの動作の仕方は”ASI - Das Aktuator Sensor Interface fuer die Automation", Werner Kriesel, Otto W. Madelung, Carl Hanser Verlag, 1994に記載されている。この刊行物の内容はこの明細書の開示内容に含まれるものである。
【００２６】
このバスシステム１ではマスタによる呼び出しは、１つのスタートビット、５ビット幅のアドレス、２ビットの制御情報、４ビットの有効データならびに１つずつのパリティービットとストップビットからなる。対応するスレーブの応答は、１つのスタートビット、４ビットの有効データならびに１つずつのパリティービットとストップビットを含む。スレーブは受信したマスタによる呼び出しを、所定のＡＳｉ専用符号化規則を用いてチェックする。スレーブが有効な、マスタによる呼び出しを識別すると、このスレーブは対応する応答を送信する。その他の場合、いずれの場合であってもスレーブは応答しない。これに対してマスタは、スレーブによる応答が相応の符号化規則に合わない場合、このスレーブによる応答を拒否する。
【００２７】
データはマンチェスター符号化され、sin²形状の交流電圧パルスとしてバス線路４を介して伝送される。
【００２８】
このためにマスタにアナログ回路６が後置接続されており、このアナログ回路６はそれぞれ、図示されていない送信エレメントと受信エレメントを有する。送信エレメントでは、マスタによる呼び出しの２値データが、sin²形状の電圧パルスの列に変換される。この信号はバス線路４を介してスレーブに送信される。スレーブからバス線路４を介してマスタに送信された信号は、受信エレメントで２値のデータ列に変換される。
【００２９】
各スレーブにはインタフェース素子７が配属されており、このインタフェース素子７はこの実施例ではＡＳｉ−ＩＣから構成されている。インタフェース素子７では、バス線路４を介して受信した、sin²形状の電圧パルスの列が２値データに変換される。さらにこのインターフェース素子７では、２値データの形態をとるスレーブによる応答が、sin²形状の電圧パルスの列に変換されかつバス線路４を介してマスタに送信される。
【００３０】
バス線路４を介して送信される信号をチェックするため、相互に監視し合う計算ユニット９，１０を備える、冗長的な評価ユニット８が、バスシステム１に接続されている。これらの計算ユニット９，１０は有利には同一構造のマイクロプロセッサによって構成されている。この評価ユニット８は、マスタもスレーブも構成しておらず、純粋に受動的なバス加入部材であり、これはバス線路４上で伝送される信号を連続的にモニタする。このために評価ユニット８は、アナログ回路６に接続されている。受信エレメントの信号は、評価ユニット８の計算ユニット９，１０に読み込まれ、そこで周期的に相互に比較される。
【００３１】
各計算ユニット９，１０は出力側１１，１２を有し、この出力側は作業装置に接続されている。これらの出力側１１，１２は、リレー出力側または自己監視を行う安全な半導体出力側として構成されている。これらの出力側１１，１２を介して作業装置が始動される。
【００３２】
バスシステム１に接続された安全スイッチ装置２は、例えば、２つまたはそれ以上のアクチュエータを構成するドアスイッチから構成することができ、このドアスイッチは、作業装置への接近をコントロールするために設けられたドアの開状態を監視する。
【００３３】
これとは択一的に安全スイッチ装置２は、ライトバリア、光格子および類似のものを構成することができ、これらは、作業装置を構成する機械の前側の領域の監視のために使用される。このような光格子およびライトバリアは、人員保護の領域における安全要求を満たすために、２チャネル構造を有する。例えば出力信号を構成するスイッチ状態は、２チャネルの出力側を介して出力され、ここで各出力側は１つずつアクチュエータを有する。これらのアクチュエータは、例えばリレーとして構成することができる。
【００３４】
図２および３は、安全スイッチ装置２が２チャネルの非常用スイッチを有する実施例を示している。非常用スイッチを備える安全スイッチ装置２は、インタフェース素子７を介してバスシステム１に接続されている。
【００３５】
図２に示した非常用スイッチは、アクチュエータを構成するスイッチ１３，１４を１つずつ備える２つのコンタクトと、端子１５，１６とを有する。これらの端子１５，１６から線路１７，１８が１つずつ、符号発生器１９の出力側に案内されている。
【００３６】
符号発生器１９は例えばマイクロコントローラに組み込まれており、かつ数値語を形成する。この数値語はこの実施例では４ビット幅の２値の数値語として構成されている。この数値語のビットはそれぞれ、別個の信号線路２０〜２３を介して、インタフェース素子７の入力側Ｄ０−Ｄ３に読み込まれる。ここからこの数値語はバス線路４を介して評価回路８に伝送される。インタフェース素子７と符号発生器１９との電気的な直結を絶縁するために、各信号線路２０〜２３にフォトカップラー２４〜２７が設けられている。
【００３７】
数値語は２つの部分語に分割される。数値語の最初の２ビットは、符号発生器１９により入力側Ｄ０およびＤ１を介してインタフェース素子７に読み込まれ、第１の部分語を形成する。数値語の最後の２ビットは、符号発生器１９により入力側Ｄ２およびＤ３を介してインタフェース素子７に読み込まれ、第２の部分語を形成する。
【００３８】
各線路２８，２９は非常用スイッチの端子からインタフェース素子７に直接導かれている。これらの線路は、フォトカプラ２４〜２７に対して正または負の給電電圧を供給する。さらに符号発生器１９とインタフェース素子７との間の信号伝送にクロック供給するために、別の線路３０を介してデータ−ストローブ信号がインタフェース素子７から符号発生器１９に伝送される。
【００３９】
非常用スイッチの第１スイッチ１３を備える線路１７は、インタフェース素子７の入力側Ｄ０およびＤ１に接続されたフォトカプラ２４，２５に導かれている。相応に、第２スイッチ１４を備える線路１８は、インタフェース素子７の入力側Ｄ２およびＤ３に接続された別のフォトカプラ２６，２７に導かれている。これにより第１部分語の値に線路１７を介して、非常用スイッチの第１スイッチ１３によって作用することができる。相応に第２部分語の値に線路１８を介して、非常用スイッチの第２スイッチ１４によって作用することができる。
【００４０】
符号発生器１９は疑似乱数発生器を有しており、この疑似発生器により、符号発生器１９から出力された数値語の値が連続的に変化する。
【００４１】
この実施例では、この擬似乱数発生器はカウンタ３１と符号表３２を有している。この符号表３２には、アドレス毎に数値語の別の値が格納されている。この実施例では符号表３２は、「０００１」から「１１１０」までの範囲にある、全部で１４個の相異なる値を含む。カウンタ３１はモジュロ８のカウンタとして構成されており、０から７までの範囲のカウント状態をとり、個々のカウント状態はアドレスを構成し、このアドレスで個々の値が符号表３２に格納されている。どのアドレスがカウンタ３１によって形成されるかに依存して、相応の値が符号表３２から読み出され、これが数値語として信号線路２０〜２３を介してインタフェース素子７に読み込まれる。カウンタ３１がカウントアップし続けることにより、アドレスは連続して変化し、これによって数値語の値も連続的に変化する。
【００４２】
非常用スイッチが操作されない限りは、スイッチ１３，１４は開いており、このことはこのアクチュエータが活性化されていることに相応する。つぎに、連続して変化する数値語の値は、符号発生器１９からインタフェース素子７に読み込まれ、そこからバス線路４を介して評価ユニット８に供給される。ここで有利であるのは、数値語の語の幅が、バスシステム１を介して伝送される有効データの語の幅に等しいことである。評価ユニット８では連続して変化する数値語の値が記録され、これによって評価ユニット８を介して、接続された作業装置が始動される。
【００４３】
２つのスイッチ１３または１４のいずれか一方が開いている場合、相応の部分語の信号線路２０，２１または２２，２３への伝送は中断される。これにより、符号発生器１９によって形成された変化する部分語に代わって、信号線路２０，２１または２２，２３を介して、時間的に一定である値００または１１が、入力側Ｄ０およびＤ１、またはＤ２およびＤ３を介してインタフェース素子７に読み込まれる。
【００４４】
この部分語は、数値語として同時にインタフェース素子７によって評価ユニット８に読み込まれる。有利にはここに、符号発生器によって形成された数値語の値が、目標値として格納される。
【００４５】
スイッチ１３または１４のいずれか一方が開いている場合、評価ユニット８に、このスイッチ１３または１４に対応する部分語はもはや変化しないことが記録される。これに基づき評価ユニット８は、作業装置を非動作状態にする。なぜならば非常用スイッチが操作されたか、または安全スイッチ装置２に障害が発生しているからである。
【００４６】
両方のスイッチ１３および１４が操作された場合も、評価ユニット８を介して作業装置は非動作状態にされる。なぜならばこの場合、数値語の両方の部分語は、符号発生器１９で形成した数値語の値と異なる一定の値をとるからである。
【００４７】
作業装置の再導通は、作業装置の導通時に、あらかじめ両方の部分語が固定の値「００」をとっていた場合にだけ行われる。これは両方のスイッチ１３および１４が開いていることに相応する。作業装置の遮断時に、部分語のいずれか一方がまだ変化する場合、スイッチ１３または１４の相応の線路１７，２８または１８，２９の間で例えば短絡が発生しており、これによって、非常用スイッチを操作しない場合に両方の部分語の値が再び変化するにもかかわず、作業装置の導通は阻止される。
【００４８】
図３には図２の変形実施例が示されている。ここで図３の実施例の構造は、実質的に図２の実施例の構造に等しい。
【００４９】
図２の実施例と異なり、図３の装置は、擬似乱数発生器を有しており、この乱数発生器はカウンタ３１と、２つの符号表３３，３４を有する。両方の符号表３３，３４にはそれぞれ、個々の部分語の値が、２つの符号表３３，３４に対応するアドレスで格納されている。カウンタ３１は連続してアドレスを形成し、このアドレスで両方の部分語の値は同時に２つの符号表３３，３４から呼び出される。つぎに数値語の値に補完される部分語の値は、同時に信号線路２０〜２３を介してインタフェース素子７に読み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサ−アクチュエータバスシステムに接続された安全スイッチ装置のブロック図である。
【図２】図１の安全スイッチ装置の第１実施例のブロック回路図である。
【図３】図１の安全スイッチ装置の第２実施例のブロック回路図である。
【符号の説明】
１ バスシステム
２ 安全スイッチ装置
３ 制御ユニット
４ バス線路
５ 電源部
６ アナログ回路
７ インタフェース素子
８ 評価ユニット
９，１０ 計算ユニット
１１，１２ 計算ユニット出力側
１３，１４ スイッチ
１５，１６ 端子
１７，１８ 線路
１９ 符号発生器
２０−２３ 信号線路
２４−２７ フォトカプラー
２８，２９，３０ 線路
３１ カウンタ
３２−３４ 符号表

Claims (19)

1. 少なくとも２つのアクチュエータを用いて作業装置の電流供給を導通または遮断する安全スイッチ装置であって、
   前記アクチュエータが同時に活性化された場合にだけ電流供給が導通される形式の安全スイッチ装置において、
   前記アクチュエータは、符号発生器（１９）に接続されており、
   該符号化発生器（１９）によって数値語が出力され、
   該数値語は２つの部分語に分割されており、
   該部分語の値はそれぞれ、１つずつのアクチュエータによって作用を受け、
   アクチュエータの活性化時には、部分語の値はそれぞれ連続的に変化し、
   アクチュエータの一方が不活性化されると、対応する部分語は、固定の所定の値をとり、
   アクチュエータのスイッチ状態をチェックするために、部分語が同時に評価ユニット（８）に読み込まれることを特徴とする、
   安全スイッチ装置。
2. 作業装置への接近は、ドアによって防護されており、該ドアは、ドアスイッチとして構成された２つのアクチュエータによって監視される
   請求項１に記載の安全スイッチ装置。
3. 作業装置は機械によって構成されており、該機械の前側の領域は光格子によって監視され、
   該光格子は、アクチュエータを１つずつ備える２チャネルの出力側を有する、
   請求項１に記載の安全スイッチ装置。
4. アクチュエータは、２チャネルの非常用スイッチのスイッチ（１３，１４）によって構成されている、
   請求項１に記載の安全スイッチ装置。
5. 符号発生器（１９）は、数値語の値を変化する疑似乱数発生器を有する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。
6. 疑似乱数発生器は、カウンタ（３１）と、アドレス毎に数値語の異なる値が格納されている符号表（３２）とを有しており、
   カウンタ（３１）は、アドレスを順次形成して当該アドレスに対応する値を符号表（３２）から呼び出す、
   請求項５に記載の安全スイッチ装置。
7. 疑似乱数発生器は、カウンタ（３１）と、アドレス毎に、部分語の異なる値１つずつが格納されている２つの符号表（３３，３４）とを有しており、
   カウンタ（３１）は、アドレスを順次形成して当該アドレスに対応する値を２つの符号表（３３，３４）から呼び出す、
   請求項５に記載の安全スイッチ装置。
8. 前記数値語は、４ビット幅の２値の数値語として構成されている
   請求項５から７までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。
9. 各部分語は、２ビット幅の２値の部分語として構成されている
   請求項８に記載の安全スイッチ装置。
10. 数値語の各ビットはそれぞれ、信号線路（２０〜２３）を介して符号発生器（１９）の出力側で読み出される
    請求項８または９に記載の安全スイッチ装置。
11. アクチュエータはそれぞれ、線路（１７，１８）を介して符号発生器（１９）に接続されており、
    前記線路（１７，１８）を介してアクチュエータのスイッチ状態が符号発生器（１９）に読み込まれ、
    アクチュエータの活性化に対応するスイッチ状態時に、配属された部分語の信号線路（２０，２１または２２，２３）は、ビット値００または１１をとる、
    請求項８に記載の安全スイッチ装置。
12. １つの符号表（３２）または複数の符号表（３３，３４）に、０００１から１１１０の範囲の２値の乱数値が格納されている、
    請求項１１に記載の安全スイッチ装置。
13. カウンタ（３１）は、アドレスを形成する、０から７の範囲のカウンタ状態を備えるモジュロ８のカウンタとして構成されている、
    請求項１２に記載の安全スイッチ装置。
14. 評価ユニット（８）は冗長に構成されている
    請求項１から１３までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。
15. 評価ユニット（８）はバスシステム（１）に接続されており、
    該バスシステム（１）は制御ユニット（３）によって制御されており、
    評価ユニット（８）は連続的に、バスシステム（１）を介して伝送される信号をモニタする
    請求項１から１４までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。
16. アクチュエータは、インタフェース素子（７）を介してバスシステム（１）に接続されている
    請求項１５に記載の安全スイッチ装置。
17. 信号線路（２０〜２３）は、符号発生器（１９）の出力側で、数値語のビットを伝送するためにインタフェース素子（７）の１つずつの入力側（Ｄ０〜Ｄ３）に導かれている
    請求項１６に記載の安全スイッチ装置。
18. バスシステム（１）はマスタスレーブ原理にしたがって動作し、マスタは制御ユニット（３）によって構成されている
    請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。
19. エラーが原因で、作業装置の電流供給を遮断する場合、前記エラーを評価ユニット（８）に不揮発的に記憶し、
    作業装置の電流供給を導通する前に、まず非常用スイッチを解除し、つぎに非常用スイッチを操作し、その後また非常用スイッチを解除し、
    部分語の対応する値がそれぞれ記録された場合にだけ、評価ユニット（８）によって導通が行われる、
    請求項４から１８までのいずれか１項に記載の安全スイッチ装置。

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