WO2007014725A1 - Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand - Google Patents
Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand Download PDFInfo
- Publication number
- WO2007014725A1 WO2007014725A1 PCT/EP2006/007518 EP2006007518W WO2007014725A1 WO 2007014725 A1 WO2007014725 A1 WO 2007014725A1 EP 2006007518 W EP2006007518 W EP 2006007518W WO 2007014725 A1 WO2007014725 A1 WO 2007014725A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- signal
- switching
- safety
- input
- conductor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B9/00—Safety arrangements
- G05B9/02—Safety arrangements electric
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H51/00—Electromagnetic relays
- H01H51/005—Inversing contactors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/20—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
- H03M1/202—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation
- H03M1/207—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits by interpolation using a digital interpolation circuit
-
- 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
- H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
- H01H9/541—Contacts shunted by semiconductor devices
- H01H9/542—Contacts shunted by static switch means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/24—Controlling the direction, e.g. clockwise or counterclockwise
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
Definitions
- Safety switching device for controlling a safety-related device in a safe
- the invention relates to a safety switching device, with which a safety device, preferably an electric drive, can be controlled in a safe state. Furthermore, the concerns
- Invention a three-phase power amplifier for driving at least one load, a measuring device for measuring a periodic analog signal whose amplitude may be outside a predetermined working range, and a safety device for multi-channel control of a safety device, all of which are suitable for use in a safety switching device.
- safety relays are used to switch off an electric drive as soon as an emergency stop, safety door or two-hand switch has been actuated.
- Motor-protective circuit-breakers have the task of driving the drive to a safe state with the aid of bimetals, for example in the event of thermal overload.
- a disadvantage of such security measures is that the components require a lot of space and considerable Require wiring. Among other things, this leads to high costs and considerable maintenance.
- the electromagnetic contactors used show a contact wear.
- there is a risk that in the implementation of a system with safety components motor protection switch and safety relay are incorrectly connected to the safety components or defective components are used, so that the system, the electric drive and / or operators can be endangered by a malfunction.
- the invention is therefore an object of the invention to provide a compact safety switching device which avoids the disadvantages mentioned above and also ensures that a safety device, in particular an electric drive, in case of an error in the application, the system, the safety device and / or the safety switching device itself can be quickly and reliably converted to a desired safe state.
- a key idea of the invention is to design a safety switching device with an integrated programmable control unit, such as a microprocessor, a microcontroller or FPGA (Field Programmable Gate Array), for example, an electric drive to be protected both upon actuation of an emergency -, safety door and / or two-hand switch as well as in a faulty operation of the integrated programmable control unit, such as a microprocessor, a microcontroller or FPGA (Field Programmable Gate Array), for example, an electric drive to be protected both upon actuation of an emergency -, safety door and / or two-hand switch as well as in a faulty operation of the
- Safety control unit or the electric drive can control in a safe state.
- the microprocessor is preferably implemented such that it can determine from at least one analog signal to be measured whether a predetermined parameter, preferably the Amplitude of the analog signal is outside a predetermined working range.
- the microprocessor may be part of a safety device which is designed for multi-channel control of a safety electrical drive. In this way it is achieved that the safety relay can respond to two independent safety functions to control an electric drive in a safe state. In addition, with such a compact safety switching device, the risk of
- the safety switching device for controlling at least one safety device is provided in a secure state.
- the safety switching device has a first connection device for switching on the safety switching device to a single- or multi-phase power supply device, at least one second connection device for switching on a safety-related device, a third
- the safety device again has the following features: a first control device having a programmable control unit, which has a signal generating device for Generating a monitoring signal, a second control device, wherein the input stage is connected to the first device and the second control device and designed to modulate an input signal with the coming from the first control device monitoring signal, wherein the first control device and / or the second control device in response to the modulated input signal controls the safety device in the event of an error in a yor-determined safe state, wherein the first control device of the
- Assigned measuring device and is designed such that it controls the safety-related electrical device via the power output stage in a predetermined safe state in response to a measured analog signal when a predetermined parameter of the measured
- Analog signal is outside of a predetermined workspace.
- Emergency stop button is actuated, the supply current exceeds a threshold, or an error has occurred in the safety device or in the safety device.
- the power output stage is a three-phase power output stage having a first, second and third conductor, which are connectable via the first connection means with a three-phase power supply device, each conductor at least one controllable Switching contact is associated with the opening and closing of the respective conductor, and wherein the control of at least two of the switching contacts is independent of each other.
- the measuring device measures, for example, the conductor current in two conductors and checks whether a predetermined parameter of at least one of the two currents is outside the predetermined working range.
- the measuring device is capable of alternatively or additionally measuring a conductor voltage. From the measured voltages and the associated currents, the measuring device can determine the active power.
- the safety relay can be used not only for personal and motor protection, but also for the protection of the system, since the active power is proportional to the output torque of an electric drive.
- the first connection device, the at least one second connection device, the third connection device, the power output stage, the measuring device and / or the control devices on a printed circuit board arranged.
- a safety device for multi-channel control of a safety device is provided, which can be integrated in the safety switching device.
- Automation systems generally include fieldbus systems, to which safety and non-safety actuators, sensors and over- and / or subordinate control and monitoring devices can be connected.
- One Actuator may include, for example, an electric drive, such as a three-phase motor.
- An important requirement of such automation systems is that when a fault occurs, a safety component, eg. B. an actuator or even the entire automation system can be moved to a secure state. In order to enable a safe shutdown of the automation system or a faulty actuator, it must be ensured that a defined input signal, which is to drive the automation system to the safe state, is always correctly interpreted.
- equipment and equipment belonging to a particular safety category uses multi-channel monitoring systems that contain independently operating subsystems, each of which can drive the equipment or individual equipment to a secure state.
- the multichannel or redundant monitoring systems are furthermore designed such that the subsystems can monitor the functionality of the respective other subsystem.
- the mutual monitoring is usually done by a bidirectional exchange of status data.
- Monitoring systems are symmetrical. This means that an input signal supplied by an input stage, which controls the operating state of a system to be monitored, is applied directly to the input of each subsystem of the monitoring system, as shown in FIG.
- a core idea of the invention is to be seen in that, in contrast to existing symmetrical multi-channel monitoring systems, hereinafter also Called security device, in which the provided by an input stage input signal is applied directly to each subsystem, the input signal modulated in a predetermined manner and then the subsystems, hereinafter also referred to as control means supplied.
- control means supplied.
- the safety device according to the invention there is no mutual monitoring of the various control devices. Instead, a microprocessor-controlled controller acts as the master, which the other
- Control device which is operated as a slave monitored.
- a safety device for multi-channel control of a safety device is provided. It should be noted at this point that a safety-related device is an actuator of an automation system, an executable safety-related application and / or an automation system itself.
- a first, microprocessor-controlled control device which forms a first so-called control channel.
- the first, microprocessor-controlled control device has a signal generating device for generating a monitoring signal.
- a second control channel has a second control device.
- the monitoring signal is used primarily to the safety device, in particular the second
- Allow controller to monitor the proper operation of the first microprocessor-based controller.
- an input stage which is designed to modulate an input signal with the monitoring signal coming from the first microprocessor-controlled control device.
- the first, microprocessor-controlled control device and / or the second control device controls the safety-related device in response to the modulated input signal when an error occurs in a predetermined safe state.
- the first, microprocessor-controlled control device preferably carries out safety-relevant programs or program parts in order to process the modulated input signal, for example from a safety-technical point of view.
- the modulated input signal can be coded in a defined manner.
- the signal generating device is designed in such a way that, as a function of the processing of at least one safety-relevant program, it is triggered by the first, micro-processor-controlled control device
- the signal generating device is preferably part of a microprocessor of the first, microprocessor-controlled control device.
- the first microprocessor-controlled control device and the second control device are connected to an output stage.
- the control devices each have a device for activating or deactivating the output stage.
- the output stage contains at least one switching device, which may be a relay.
- the output stage may also have a plurality of switching devices that allow a gradual or gentle shutdown of a safety device.
- the activation / deactivation device of the first microprocessor-controlled control device has a switch which can be connected to ground, while the second control device has a switch which can be connected to a supply voltage.
- the first control device can have a switch that can be connected to a supply voltage
- the second control device can have a switch that can be connected to ground.
- the control devices can independently control the output stage in order to put the safety-related device in the secured state.
- a safety-related device is only in the operating state when the ground path defined by the first control device is closed to the output stage and the supply voltage is applied to the output stage via the second control device. The safety-related device can then be moved to a safe state via the output stage if either the ground path is opened and / or the supply voltage is disconnected from the output stage.
- the first is microprocessor controlled
- the modulation of the input signal with the monitoring signal of the first, microprocessor-controlled Control device can be carried out by means of a logical linking device, in particular an AND gate.
- a logical linking device in particular an AND gate.
- an ordinary switch also a mechanical switch, can be used to modulate the monitoring signal when opening and closing the switch.
- the first, microprocessor-controlled control device In order to avoid a malfunction of the first and / or second control device as a result of a faulty, uncontrolled oscillation of the monitoring signal, the first, microprocessor-controlled control device must deliver an appropriate signal form.
- the first microprocessor-controlled control device has a modulator for modulating the monitoring signal with a signal whose frequency is higher than the frequency of the monitoring signal.
- the higher frequency signal may be the clock signal of the first controller controlling the microprocessor.
- the input stage is designed to modulate the modulated monitor signal and the input signal.
- the second control device must be able to detect and evaluate the different spectral components in the modulated input signal.
- the second control device has a demodulator which, in response to the modulated input signal coming from the input stage and the modulated monitoring signal coming from the first microprocessor-controlled control device, generates a control signal upon occurrence of an error which controls the safety-related device to the predetermined safe state.
- the demodulator expediently acts as a band-stop filter.
- the demodulator delivers when the frequency of the signal with higher Frequency changes by a predetermined amount, a control signal for controlling the safety device in the safe state.
- the demodulator preferably has a high-pass filter and a first low-pass filter whose respective input is connected to the output of the first microprocessor-controlled device.
- a first monoflop is provided which has a reset input and a signal input connected to the output of the
- High pass filter is connected.
- a second low-pass filter is provided, the input of which is connected to the negated output of the first monoflop.
- a second monoflop is provided whose signal input is connected to the output of the first low-pass filter and whose reset input is connected to the output of the second low-pass filter.
- a third monoflop is provided whose signal input is connected to the output of the input stage and the reset input to the negated output of the second monoflop.
- the first, microprocessor-controlled control device is software-based and the second control device is hardware-based, i. H. schalt ⁇ ngstechnisch realized.
- the second control device can also be controlled by a microprocessor.
- the input signal may be a binary process signal which serves for starting up and reliably switching off a safety-related device.
- a three-phase power output stage is provided, which can also be integrated in the safety switching device.
- Three-phase output stages are well known and serve to provide the three-phase current generated by an alternator in a controlled manner loads available.
- the loads can be connected to one phase or to all three phases of the power output stage and thus supplied with alternating current or three-phase current.
- a known three-phase power output stage is shown for example in FIG. 2.
- the power output stage generally designated 10
- the power output stage has three conductors 20, 21 and 22, also called phases.
- the conductor ends pointing to a three-phase current supply device, not shown, are denoted by L1, L2 and L3.
- Alternating current in the conductors 30, 31 and 32 is symbolically represented by a transformer 30, 31 and 32, respectively.
- the overvoltage protection circuit 40 may comprise a plurality of series and / or parallel circuits of capacitors, resistors and / or varistors.
- the output-side conductor ends are conventionally designated T1, T2 and T3.
- a switching contact 50 is connected, which is part of a relay.
- Parallel to the switching contact 50 acting as an AC switch semiconductor device 60 is connected, which may be realized by a triac or by a corresponding thyristor circuit.
- Parallel to the triac 60 a protection circuit is provided, which may comprise a series circuit of a resistor 70 and a capacitor 71 and a varistor connected in parallel thereto.
- the protection circuit serves to protect the triac 60 and / or Optotriacs, which provide the ignition voltage for the triacs, from voltage spikes. It should be noted that such protective circuits for semiconductor switches, such as the triac 60, are known and thus need not be further explained.
- a switching contact 80 is also connected, which belongs to a separate relay.
- a semiconductor switch 90 in the form of a triac and a protective circuit in the form of a series circuit of a resistor 70 and a
- the conductor 21 associated relay 110 has two switching contacts 111 and 112, whereas the conductor 22 associated with the relay 120 switching contacts 121 and 122 has.
- the reversing circuit 100 serves to change the running direction of a connected three-phase motor. In the illustrated switching state, the switching contacts 111 and 112 of the relay 110 connect the input L2 to the output T2 of the conductor 21, while the switching contacts 121 and 122 of the relay 120 connect the input L3 to the output T3 of the conductor 22.
- a connected three-phase motor When switched on, a connected three-phase motor rotates at this switch contact position, for example, clockwise. If the relays 110 and 120 are activated, then the respective switch contacts 111 and 112 or 121 and 122 ensure that a Alternating current via the conductor 22 to the output of the conductor 21 and an alternating current from the conductor 21 to the output of the conductor 22 is guided. In this way, the direction of a connected three-phase motor is changed.
- the relays 110 and 120 of the reversing circuit 110 used in the known power output stage ensure that the conductors 21 and 22 are continuously switched through. A shutdown of the known power output stage 10 is possible only with respect to the conductors 21 and 22 by the
- Switching contacts 50 and 80 are opened, so that the two conductors associated triacs 60 and 90 are operated locked. Since the triacs alone must block a current flow through the conductors 21 and 22, special semiconductor devices are used, which can withstand a blocking voltage of about 1200 volts.
- Another aspect of the invention is to be seen to further develop the above-mentioned three-phase power output stage so that it meets the requirements of safety category 3 and the stop categories 0 and 1.
- a further aspect of the invention can be seen in the specification of a novel reversing switching device which enables the use of less expensive semiconductor components for the semiconductor switches used in the power output stage.
- the semiconductor switches namely in the locked state lower blocking voltages, ie exposed to about 800 V as in the power output stage shown in Fig. 2, in which the blocking voltages are about 1200 V.
- protective circuits for the semiconductor switches can be omitted in the novel power output stage.
- a core idea of the invention is therefore to be seen in the provision of a three-phase power output stage which can be completely switched off and thus satisfies the requirements of safety category 3. This requires that each conductor of the three-phase power output stage can be switched off.
- Another key idea of the invention is to be seen to reduce the electrical load on the semiconductor switch used in the off mode of the power output stage.
- a special reversing switching device is used, in which, for example, two switches each having two switching contacts are connected in parallel between two conductors, such that at a predetermined switching contact position, the two conductors are separated. A current flow through these two conductors is therefore not blocked, as in the prior art, solely by the semiconductor switch used, but mainly by the electromechanical switching contacts of the reversing switching device.
- a three-phase power output stage for driving at least one load in particular a three-phase motor is provided which has a first, second and third conductor.
- the three-phase power output stage with a three-phase power supply get connected. So that the three-phase power output stage can meet the requirements of safety category 3 as well as the category O-Stop or 1-stop, each conductor is assigned at least one switching contact for opening and closing the respective conductor.
- At least one switching contact in each conductor is associated with an electromagnetic switching element. In this way it is ensured that even when using semiconductor switches, for example in the second and third conductor, the conductors can be mechanically interrupted. Since the drive is energy-free in the switched-off state, there are no contact-dangerous voltages with respect to the power output stage shown in FIG.
- a first switching element with a first and second switching contacts is connected between the second and third conductors, wherein the first switching contact are connected in parallel to one of the semiconductor switches and the second switching contact in parallel to the other semiconductor switch.
- the first and second switching contact may each be the mentioned controllable switching contact according to claim 1.
- the semiconductor switches may be triacs, which are AC switches whose ignition energy is provided by a device connected to a mains voltage.
- the decor for Providing the ignition energy is designed such that it holds the semiconductor switches in the ignited state for a predetermined time, even if in between the first and second switching contact of the first switching element is driven. This ensures that the first switching element arranged between the second and third conductors is switched almost wear-free.
- the first switching contacts of the second switching elements of the reversing switching device are connected to the second conductor and the second switching contacts of the second switching elements to the third conductor.
- a third switching element with at least two switching contacts to the first conductor connected.
- at least two switching contacts are provided in each conductor of the three-phase power output stage. This ensures that the three-phase power amp meets Stop Category 0 and Stop Category 1 conditions. Because even with a failure of a switching contact a safe three-phase shutdown of the power output stage is still possible.
- An alternative connection of the reversing switching device provides that the first switching contacts of the two second switching elements are connected to the first conductor and the second switching contacts of the two second switching elements to the third conductor.
- the safety level can be increased when switching off the power amplifier according to the second alternative over the first alternative in that a third switching element is provided with a first and second switching contact, wherein the first switching contact to the first conductor and the second switching contact is connected to the second conductor , This ensures that two independently controllable switching contacts and semiconductor switches are provided in each conductor.
- the semiconductor switches are each protected by a protective device against surges and other electrical interference.
- a protective circuit can be connected against overvoltages between the three conductors.
- control device For proper switching on and off of the three-phase power output stage is a control device, optionally also a programmable controller, provided for driving the switching elements and semiconductor switches.
- a monitoring device which can monitor the current flowing in the conductors current, the voltage applied between the conductors output voltages and / or the direction of at least one connected three-phase motor, wherein the control device Response to the
- Monitoring device controls the respective switching elements and semiconductor switches.
- the aforementioned technical problem is also solved by a reversing circuit arrangement, which is provided in particular for a three-phase power output stage.
- the reversing circuit arrangement has two independently controllable, each having a first and second switching contact having switching elements.
- the first switching contacts of the switching elements are connected to a first Head and the second switching contacts connected to a second conductor.
- the interconnection and arrangement of the switching contacts is selected such that blocked in a predetermined position of the first and second switching contacts of the current flow through the connected conductors.
- a device for measuring a periodic analog signal is provided, which can also be integrated in the safety switching device.
- the invention is therefore also an object of the invention to provide a measuring method and a measuring device, which are designed for the rated current range of an electrical device and can therefore be constructed with low-cost electrical and electromagnetic components and yet can detect overcurrents.
- a measuring device is provided for measuring a periodic analog signal whose amplitude may be outside a predetermined operating range.
- the measuring device has a device for determining the time duration during which the amplitude of the analog signal to be measured is greater than or equal to a predetermined threshold value, and an evaluation device which determines the maximum of the determined time duration and the signal shape, in particular the signal frequency of the analog signal to be measured Amplitude calculated.
- measuring signals ie the measuring device, ie one or more electrical components, of which the measuring device is constructed.
- greater in magnitude takes into account the fact that a periodic analog signal is a maximum and a minimum
- the detection device of the measuring device has a sampling device for sampling the analog signal to be measured at a sampling frequency, and a device for detecting and counting successive sampling values whose magnitude is greater than or equal to the predetermined threshold value.
- the evaluation device is for calculating the maximum amplitude of the analog signal as a function of the number the counted samples, the sampling frequency and the signal frequency.
- the threshold value may be, for example, the upper and / or lower limit of the predetermined operating range of the measuring device, within which a conventional measurement of the analog signal is possible.
- the threshold value can also be smaller than the upper and / or lower limit values by a predetermined amount.
- the evaluation device may determine the maximum amplitude value using the equation
- T AB is the reciprocal of the sampling frequency
- N is the number of counted samples which are greater than or equal to the predetermined threshold in magnitude
- T is the period of the analog signal to be measured.
- an alternative measuring device is provided, as described in claim 4.
- the measuring device comprises means for sampling the analog signal at a sampling frequency. Further, means for detecting and counting consecutive samples which are greater than or equal to a predetermined threshold amount, intended.
- a memory device the maximum, outside the predetermined working range amplitude value of a plurality of reference signals and the respectively associated number of counted samples, which are in amount greater than or equal to a predetermined threshold, stored.
- the measuring device has an evaluation device which reads out the associated maximum amplitude value from the memory device in response to the number of sample values determined by the detection and counting device. For this purpose, the determined number can be used as memory address.
- the maximum amplitude value is a calculated amplitude value which is to be regarded as an estimate of the actual maximum amplitude value which has a signal to be measured which is outside the predetermined operating range.
- an AD converter is provided for converting the sampled values into corresponding digital values.
- the maximum amplitude value can be calculated the more accurately, the higher the sampling frequency of the scanning device is selected. At the same time, however, the computational burden increases. Consequently, it is expedient that the sampling frequency is adjustable.
- the measuring device circumscribed in the claims can be used in a device protected against overcurrents, in particular in electric drives, wherein the device protected against overcurrents has a triggering device which can switch off the device in response to the calculated maximum amplitude value.
- the above technical problem is also solved by a method of measuring a periodic analog signal whose amplitude may be outside a predetermined operating range.
- the time duration during which the amplitude of the analog signal to be measured is greater than or equal to a predetermined threshold value is determined.
- the maximum amplitude of the analog signal to be measured is calculated.
- the time duration can be determined by sampling the analog signal to be measured at a sampling frequency. Successive samples, which are greater than or equal to a predetermined threshold in amount, are then counted. Depending on the number of counted samples, the sampling frequency and the signal frequency, the maximum amplitude of the analog signal is calculated.
- the maximum amplitude, which lies outside the predetermined working range, and the associated number of sample values, which are greater than or equal to a threshold value are determined in advance for a plurality of reference signals and saved. Now, an analog signal to be measured is sampled at a sampling frequency. The successive ones Samples which are greater than or equal to the predetermined threshold are counted, and the maximum amplitude value associated with the number of samples counted is read out.
- FIG. 1 shows a safety switching device according to the invention
- FIG. 2 shows a three-phase power output stage according to the prior art
- FIG. 3 shows a shown three-phase power output stage according to the invention
- FIG. 4 shows an alternative three-phase power output stage according to the invention
- Fig. 5 is a schematic representation of a three-phase power amplifier according to the invention without
- FIG. 6 shows an embodiment of a measuring device according to the
- Fig. 7 is a sampled measurement signal is within the "permitted measurement range
- FIG. 9 shows a simplified block diagram of a two-channel symmetrical safety device according to the prior art.
- FIG. 10 is a simplified block diagram of a
- Safety device for multi-channel control of a safety device 11 shows the time course of the monitoring signal which generates the first microprocessor-controlled control device of the safety device shown in FIG. 10;
- FIG. 12 shows the basic circuit configuration of the second control device shown in FIG.
- FIG. 13 shows an alternative safety device for multi-channel control of a safety device according to the invention
- FIG. 14 shows the basic circuit structure of the second control device shown in FIG. 13, FIGS. 15 a to 15i show various signal curves within the second control device
- FIG. 16i shows various waveforms within the circuitry shown in FIG. 14 at predetermined points during erroneous operation
- FIG. 17i shows various waveforms within the circuitry shown in FIG. 14 at predetermined points during faulty operation.
- FIG. 1 shows the block diagram of an exemplary safety switching device 900, the components of which can be accommodated in a housing.
- the safety switching device 900 has a first Connection device 910, via which the safety switching device 900, for example, to a three-phase power supply network (not shown) can be connected.
- the three input conductors connected to the power supply network are denoted by Ll, L2 and L3 in FIG.
- the three conductors L1, L2 and L3 are connected to a power output stage 200, whose three output-side conductors Tl, T2 and T3 are designated.
- the three output-side conductors are connected to a second connection device 920, to which a safety device, for example, a three-phase motor can be connected.
- the safety switching device 900 and several safety devices such. B. one or more multi-phase drives can be connected. Accordingly, the power output stage used is single or multi-phase.
- the power output stage 200 is shown only schematically for the sake of simplicity. The power output stage 200 will be explained in more detail later in connection with FIG. It should be noted at this point that, instead of the power output stage shown in FIG. 3, the power output stage 400 shown in FIG. 4 can also be used.
- the measuring device 610 may be part of a programmable control unit, for example a microcontroller or microprocessor 822 of a control device 820. However, it can also be designed as a separate functional module.
- the measuring device 610 is preferably the measuring device 610 explained in connection with FIGS. 6 to 8. The main task of the measuring device is to be seen in FIG. determine if the amplitude of the currents in the conductors Ll and L3 are outside a predetermined operating range.
- the microprocessor 822 controls the power output stage 200 via a switching transistor 828 in order to disconnect the switched-on three-phase motor from the energy supply network (not shown). As shown schematically in FIG. 1, the switching transistor 828 is connected to a transformer 270 of the power output stage 200.
- the microprocessor controlled controller 820 will be described in more detail later with reference to FIGS. 13 and 14. Alternatively or additionally, it is possible to loop voltage transformers into the conductors L1 and L3, which supply conductor voltages to the measuring device 610.
- the measuring device 610 can be designed such that it can be calculated from the received voltage signals by the
- Multiplication with the associated current signals determines the active power and checks whether the active powers are within or outside a predetermined work area.
- Work area may lie without a shutdown of the three-phase motor, can be adjusted by an operator.
- the safety switching device 900 comprises a further control device 840 which has a demodulator 840 and a switching transistor 850, which is connected to another end of the transformer 270 of the power output stage 200. Both the microprocessor controlled
- Controller 820 as well as controller 840 are components of a multi-channel
- Security device 810 which will be explained below with reference to Figures 13 and 14. It should be noted at this point that instead of the control devices 820 and 840, the controllers 770 and 780 of the security device 750 shown in FIG. 10 may also be used. In this connection, it should be pointed out that the output stage 790 shown in FIGS. 10 and 13 is, for example, that in FIG. 10
- Safety relay used power output stage 200 corresponds.
- the microprocessor 822 of the first microprocessor-controlled control device 820 is assigned a modulator 824 whose output signal is supplied via a digital output to an interface 940 of an input stage 760 connected externally to the safety switching device 900. Note that this input stage may be input stage 760 of safety device 750 or 810 shown in FIGS. 10 and 13, respectively.
- the output of the second controller 840 is also provided to the microprocessor 822, which may check the proper operation of the second controller 840 in response to the received output signal.
- the microprocessor 822 in conjunction with the modulator 824, generates a monitor signal which signals whether the two controllers 820 and 840 are operating properly. To be able to make sure that the to the
- Safety Relay 900 switched three-phase motor can be moved to a safe state when either circuit components of the safety switching device 900, in particular the control devices 820 and 840, are defective, or externally, for example, in the
- Input level 760 implemented emergency stop switch 765 is actuated, both the input signal of the emergency switch 765 and the output signal of the modulator 824 of a link device 762, which may be an AND gate, for example, supplied.
- the Output signal of the linking device 762 of the input stage 760 is supplied via a connection 63 to a digital input of an interface 945 of the safety switching device 900. Via the interface 945, the input signal passes via a connection 63 'to the demodulator 830 of the second control device 840 and to the microprocessor 822. If the demodulator 830 of the control device 840 or the microprocessor 822 of the control device 820 detects that the monitoring signal generated by the modulator 824 has a
- the respective switching transistors 828 and 850 are driven to separate the power amplifier 200, so that the power supply via the conductors Ll, L2 and L3 to the
- the input stage 760 shown in FIG. 1 only contains a switch 765 for the sake of simple representation, which symbolizes an emergency stop switch. It is also conceivable to use an emergency stop switch with multiple switches, the switches in this case each with a separate output of the interface 940 and a separate input of
- Interface 945 can be connected. It is also conceivable that the input stage 760 may alternatively or in addition to an emergency stop switch, a protective door, and / or a two-hand switch. Depending on the embodiment, the respective output signals are combined with the monitoring signal of the modulator 824 of the microprocessor-controlled control device 828 in the linking device 762, as will be explained in more detail below. Thanks to these special measures that is
- Safety switching device 900 is able to take over a complex and diverse safety monitoring of a connected to the safety switching device 900 safety device, such as a three-phase motor.
- the connection devices 910 and 920, the power output stage 200, the components of the control device 820 and 850, and the interfaces 940 and 945 are arranged on a printed circuit board (not shown), therefore, the implementation of a system with safety devices only has to be ensured that the safety device is connected to the safety relay 900. The operator does not have to worry about how the safety device must be connected to the respective motor protection switches and protection relays and, if necessary, to an emergency circuit breaker reduced known measures.
- the interface 945 may have two digital inputs, to which two lines R and L are connected, via which control signals for the clockwise or counterclockwise rotation of a three-phase motor can be applied.
- the control signals are also supplied to the microprocessor 822, which controls the power output stage accordingly.
- the individual connecting lines are not shown in FIG. 1 for better clarity.
- the interface 945 has a further input Rl, to which a reset button, not shown, can be connected. For example, the edge of an applied reset signal can be detected by the microprocessor 822, which then the power output stage 200 drives in order to take the three-phase motor back to operation after switching off the three-phase motor as a result of an error.
- FIG. 3 shows the three-phase power output stage with three conductors 210, 211 and 212, which can be used in the safety switching device 900.
- the pointing to a three-phase power supply device not shown
- Conductor ends conventionally carry the designations L1, L2 and L3, while the remote conductor ends carry the usual designations T1, T2 and T3.
- T1, T2 and T3 In the vicinity of the conductor ends Ll, L2 and L3, a per se known between the three conductors 210, 211 and 212
- Overvoltage protection circuit 220 which may be constructed similar to the protection circuit 40 shown in FIG.
- an electromechanical switching element 230 is connected, which is a relay with two switching contacts 231 and 232 in the present example.
- the switching contact 231 is connected in the conductor 210, while the switching contact 232 is connected in the conductor 211.
- a second electromechanical switching element 240 which in turn is a relay in the present example, is connected between the conductor 211 and the conductor 212.
- the relay 240 in turn has two switching contacts 241 and 242.
- the switching contact 241 is connected in the conductor 211, while the switching contact 242 is connected in the conductor 212.
- Parallel to the switching contact 241 is a generally designated 250 switching device is connected, which has a triac, so an AC switch, and a parallel connected series circuit of a resistor 252 and a capacitor 253 as a semiconductor switching element, which serves as a protective circuit for the triac 251 acts.
- a switching device Parallel to the switching contact 241 is a generally designated 250 switching device is connected, which has a triac, so an AC switch, and a parallel connected series circuit of a resistor 252 and a capacitor 253 as a semiconductor switching element, which serves as a protective circuit for the triac 251 acts.
- the special circuit arrangement of the three-phase power output stage 200 results in that the protection circuit is not required. The reason for this is explained below.
- a switching device 260 is connected in parallel to the switching contact 242, which also has a semiconductor switch 261, which is designed as a triac.
- an optional protection circuit is connected in parallel with the semiconductor switch 261.
- the protection circuit again includes, for example, a capacitor 263 and a resistor 262.
- the ignition energy for the triacs 251 and 261 is provided, for example, by a transformer 270 which may be connected to an AC voltage. In a manner known per se, the ignition energy for the triacs 251 and 261 can also be provided in a manner known per se by an opto-triac.
- semiconductor switches 251 and 261 it is also possible to use antiparallel thyristors instead of triacs.
- semiconductor devices for the semiconductor switches 251 and 261 cheaper components can be used, since the semiconductor switches 261 and 251 are exposed only to a blocking voltage of about 800 V, while the semiconductor switches 60 and 90 reverse voltages of about
- the reversing switch device 280 has two electromechanical switching elements 290 and 295, which are connected in parallel between the conductors 210 and 212. Both switching elements are each formed as a relay, for example.
- the relay 290 has two switch contacts 291 and 292, wherein the switch contact 291 is connected to the conductor 210 and the switch contact 292 to the conductor 212.
- the relay 295 also has two switching contacts 296 and 297. The switching contact 296 is connected to the terminal T1 of the conductor 210, while the switching contact 297 is connected to the terminal T3 of the conductor 212.
- the switching contacts can be driven in opposite directions, such that the reversing circuit 280 in the illustrated position of the switching contacts 291, 292, 296 and 297, the conductors 210 and 212 separates.
- a current flow through the conductors 210 and 212 is thus mechanically interrupted.
- a current flow from the conductor start Ll to the conductor output T3 or from the conductor start L3 to the conductor output Tl is achieved in that the switching contacts 296 and 297 of the relay 295 are switched inwards and thereby connected to crossed conductor sections 302 and 303.
- the switch contacts 291 and 292 of the relay 290 are switched to the outside, they contact the switch sections 296 and 297 of the relay 295, the conductor sections 300 and 301. This position of the switch contacts ensures a flow of current through the conductors 210 and 212 allows, if the Switching contacts 231 as well the switching contact 242 is closed and / or the triac 261 is ignited.
- the relay 230 the special connection of the reversing device 280 between the conductors 210 and 212, the relay 240, which is connected in the conductors 211 and 212, and the semiconductor switches 251 and 261, the requirements of safety category 3 for three-phase power output stages are ensured because a three-phase shutdown of the power amplifier 200 is possible. Furthermore, in the present exemplary embodiment, at least two mechanical switching contacts are located in each conductor, which will also achieve safe disconnection of the power output stage if a switching contact or a semiconductor switching element is defective. Since, as already mentioned, the reversing device 280 in contrast to that shown in Fig. 2
- Turning device 100 has a Abschaltfunktion Rund for the conductors 210 and 212, and further in the conductor 211, a separate switching contact 232 is located in the off state to the semiconductor switching elements 251 and 261 lower blocking voltages than at the semiconductor switching elements 60 and 90 of the in " Fig. 2. In this way, less expensive components can be used to realize the semiconductor switching elements and a protective circuit can be dispensed with.
- FIG. 4 an alternative embodiment of a three-phase power output stage is shown, which is generally designated 400.
- the power output stage shown in FIG. 4 again has at least two mechanical switching contacts in each conductor.
- the power output stage 400 has three conductors, which are indicated in Fig. 4 with 410, 411 and 412. The feed of the Alternating currents in the conductors 410, 411 and 412, for example via transformers 420, 421 and 422.
- an overvoltage protection circuit 430 is connected between the conductors 410, 411 and 412.
- an electromechanical switching element in the form of a relay 430 which has two switching contacts 431 and 432, is connected between the conductors 411 and 412.
- the switching contact 431 is located in the conductor 411, while the second
- Switching contact 432 is located in the conductor 412. Parallel to the switching contact 431, a switching device 440 is connected, which, similar to the switching device 250 shown in FIG. 3, may comprise a semiconductor switching element, which may be a triac, and optionally a protection circuit. Similarly, a switching device 445 connected in parallel with the switching contact 432, which in turn may have a designed as a triac semiconductor switch and optionally a protective device. In contrast to the power output stage 200 shown in FIG. 3, a relay 450 with, for example, two switching contacts 451 and 452 is connected in the conductor 410. In contrast to the power output stage 200 according to FIG.
- a reversing switch device 460 is not connected between the first and third conductors but between the second conductor 411 and the third conductor 412.
- the reversing device 460 similar to the reversing device 280 shown in FIG. 3, has two electromechanical switching elements 470 and 475 in the form of relays.
- the relay 470 again has two
- relay 475 has two switch contacts 476 and 477.
- the switching contact 476 is connected to the conductor 411, while the switching contact 477 is connected to the conductor 412.
- the reversing device 460 further includes conductor sections 480, 481, 482 and 483 to which the switching contacts of the relays 470 and 475 can be applied to change the flow of current from the conductor 411 to the conductor 412 and vice versa, a flow of current through the conductors 411 and 412 as well as blocking the flow of current through the conductors 411 and 412. This functionality has already been on hand
- the switch contacts 471 and 472 of the relay 470 and the switch contacts 476 and 477 of the relay 475 can in turn be driven in opposite directions, so that with the position shown in Fig. 4 of the switch contacts the
- Turning switch device 460 can mechanically interrupt the flow of current through the conductors 411 and 412.
- a voltage detector 490 can be connected to the conductors 410, 411 and 412, via which the output voltages at the conductors 410, 411 and 412 can be measured.
- resistors 491 and 494 form a voltage divider connected to conductor 410
- resistors 492 and 495 a voltage divider connected to conductor 411
- resistors 493 and 496 a voltage divider connected to conductor 412.
- a current detector (not shown), which can measure the current in the respective conductors, can be connected in each case to the conductors 410, 411 and 412.
- the measured voltage and current values can be fed to a sequence control and monitoring device 405. Furthermore, the sequence control and / or monitoring device 405 is connected to the switch contacts 431, 432, 451, 452, 471, 476, 472, 477 and the semiconductor switches 440 and 445.
- the switch contacts and semiconductor switches may be in accordance with a programmable sequencer or under Response to a measured voltage and / or current value indicating an error of the power output stage 400, are driven.
- the sequence control and / or monitoring device 405 can also monitor the running direction of a connected three-phase motor.
- a corresponding power output stage is shown schematically in FIG.
- the three-phase power output stage 500 in turn has three conductors 510, 511 and 512. So that the power output stage 500 can fulfill the requirements of safety category 3, at least one switching contact 520, 531 and 532 is connected in each conductor. In order to enable a secure three-phase shutdown of the power output stage 500, at least two contacts can be controlled independently of each other. In the present example, the switching contacts
- the switching contact 520 connected to the conductor 510 is part of a separate switching element. Consequently, the switching contact 520 can be controlled separately and independently of the switching contacts 531 and 532.
- the first switching stage contains the switching contacts 520, 531 and 532.
- the second switching stage has a switching contact 540 in the conductor 512, a switching contact 551 in the conductor 510 and a switching contact 552 in the conductor 511.
- semiconductor switches 560 and 570 can be connected, which are preferably switched off again Triacs are constructed.
- the switch contacts 551 and 552 belong to a relay.
- the power output stages shown in Figures 3, 4 and 5 are characterized by the use of electromechanical switching elements by a great robustness against interference and by low thermal and electrical losses of the semiconductor switches.
- the switch-on phase of the power output stage will be described.
- the first step will be about the
- Sequence control and monitoring device 405 the two switching contacts 451 and 452 of the relay 450 is closed. Accordingly, there is a closed current path via the conductor 410.
- the switching contacts 471 and 472 of the relay 470 are turned on to achieve a reverse rotation, or the switching contacts 476 and 477 of the relay 475th switched to achieve a clockwise rotation of the three-phase motor.
- the alternating current fed into the conductor 411 is conducted via the switching contact 471 to the conductor section 481, the switching contact 477 to the conductor connection T3 of the conductor 412, while an alternating current fed into the conductor 412 is conducted via the switching contact 472, the
- Conductor portion 482 is guided via the switching contact 476 to the conductor terminal T2 of the conductor 411. If, by contrast, the switching contacts 476 and 475 are activated, there is no current change between the conductors 411 and 412.
- the semiconductor switches 440 and 445 are ignited via a power supply, not shown.
- the semiconductor switches 440 and 445 can be supplied with ignition energy via the transformer 270 shown in FIG.
- the switching contacts 431 and 432 of the relay 430 are closed. It should be noted that the indicated periods of time are only to be understood as examples. Preferably, the time periods are even shorter. It is also conceivable to close the switching contacts 431 and 432 simultaneously with the ignition of the triacs 440 and 445.
- the switching contacts 476 and 477 of the relay 475 have been switched to the outside, so that there are now through-connected conductors 411 and 412.
- the ignition energy from the semiconductor switching elements 440 and 445 can be switched off again. Since the semiconductor switches 440 and 445 only have to switch a simple alternating current for a short period of time, preferably less than 20 ms, correspondingly inexpensive semiconductors can be used to realize the triacs. For this reason, a protective circuit of the triacs 440 and 445 can be omitted.
- the semiconductor switches 440 and 445 are re-ignited, and then the switching contacts 431 and 432 of the relay 430 are opened.
- the current flow is now short term, usually for less than 20 ms, via the semiconductor switching elements 440 and 445.
- the ignition energy from the semiconductor switches 440 and 445th disconnected, whereby the drive of a connected three-phase motor is turned off.
- the switching contacts 451 and 452 are opened and the switching contacts 476 and 477 of the reversing circuit 460 are switched back inwards, so that they are now again connected to one end of the conductor section 482 or 481.
- Reversing switching device 460 is therefore again in the blocking state .. All three conductors of the three-phase power output stage 400 are now open and a safe shutdown state is reached.
- the currents in the conductors 410, 411 and 412 and the output voltages applied to the conductors are monitored by the sequencer and monitor.
- the switching contacts 451 and 452 in the conductor 410 and, for example, the switch contacts 476 and 475 and the switch contacts 471 and 471 are placed in the switching state shown in FIG. 3, so that a three-phase mechanical shutdown can be done safely.
- the mode of operation and control of the switching contacts of the three-phase power output stage 200 shown in FIG. 3 substantially corresponds to the mode of operation and switching mode of the power output stage 400 shown in FIG. 4 and described above.
- the power output stage shown in FIG. 3 is distinguished from that shown in FIG suitcaseendnote 400 characterized in that even when omitting the relay 230, a three-phase shutdown of the power output stage can be done because in each conductor at least one switch in the form of a mechanical Switching contact or a semiconductor switch is provided.
- FIG. 6 shows the exemplary measuring device 610, which is suitable, for example, for measuring sinusoidal currents.
- the meter 610 not only serves to provide rated currents, i. H. Measure currents within a predetermined and allowable working range. It also serves at
- the measuring device 610 and its components, in particular a current transformer, can therefore be dimensioned with respect to the maximum rated current of a motor and thus be made considerably smaller and less expensive than measuring devices that can also measure overcurrents, which can be seven times the rated motor current.
- the measuring device 610 on the input side have a sample and hold member 620, to which the branched example of the conductor Ll of the safety switching device 900, to be measured periodic analog signal can be applied.
- the sample and hold circuit 620 samples an analog signal to be measured at a predetermined sampling frequency, which may be adjustable.
- the output of the sample and hold circuit 620, to which analog samples of the analog signal to be measured are applied, are supplied to an AD converter 630, which converts the samples into the associated digital words.
- the AD converter 630 may generate digital values of 610 bits in length from the applied samples.
- the analog samples are each converted into a sequence of 10 bits, which in turn into the corresponding decimal number, which is between 0 and 1023, can be converted.
- the decimal value 0 corresponds to the smallest
- the decimal numerical value 1023 corresponds to the largest current value within the permissible operating range, provided that the zero line of a sinusoidal signal is assigned to the decimal numerical value 512.
- FIG. 1 Such a case is shown in FIG.
- the output of the AD converter 630 is connected to the input of a comparator 640 in which, for example, the decimal numerical values of the samples of a measuring signal formed in the AD converter 630 are compared with a threshold value.
- the threshold is at the upper and / or lower limits of the allowable range of operation of the meter 610, i. H. coincident with the decimal value 1023 and / or the decimal value 0, as shown in dashed lines in FIGS. 7 and 8.
- the output of comparator 40 is connected to a counter 650 which counts how many consecutive numbers correspond to threshold 1023 and / or 0.
- An evaluation device 660 is connected to the output of the counter 650. As will be explained later in more detail, the evaluation device 660 serves to determine the maximum amplitude value, i. H. determine the peak value of the analog signal to be measured, which is outside the working range of the measuring device 610.
- the corresponding values required for determining the maximum amplitude have been stored in advance in a table memory 670, which the evaluation device 660 can access.
- the mode of operation of the measuring device 610 shown in FIG. 6 will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments.
- Fig. 7 shown. It should be noted that the measuring current is within the permissible measuring range of the 610 meter. The permissible upper and lower limits of the measuring or working range are shown in dashed lines and assigned to the two decimal values 0 and 1023. As long as the signal to be measured is within this measurement range, the meter 610 operates in the conventional metering mode.
- the AD converter 630 which is dimensioned only for the permissible working range, can no longer correctly resolve the signal and saturates.
- the samples that fall outside the allowable range are all represented by the maximum and minimum numeric values, i. H. 1023 and 0, respectively.
- the meter 610 enters its second mode, where the peak value of the measurement current outside the allowable operating range is determined. Two variants for determining the peak value are described below.
- I is the amplitude of the measurement signal.
- the amplitude is therefore given by the equation
- the maximum amplitude can be determined by the equation
- i (t) 1 for the nominal range
- ⁇ 2 ⁇ / T
- T the period of the measurement signal
- t T / 4 - Tu / 2
- T ü the overcurrent duration
- the overcurrent duration T u may be determined by the equation
- the evaluation device 660 can calculate the maximum overcurrent amplitude I of the measurement signal.
- the upper limit 1023 in this example also corresponds to the threshold required by the comparator 640 to determine the samples that are outside the allowable range.
- FIG. 8 shows both the period T of the sinusoidal signal to be measured, which is 20 ms, and the time duration T AB between two consecutive samples, which is 2 ms.
- the AD converter 30 assigns the maximum numerical value 1023 to the second and third sample as a result of overdriving.
- the numerical values associated with the samples are applied to the comparator 640, which compares the numerical values to the threshold 1023.
- the comparator 640 determines that two consecutive samples sampled after 4 ms and 6 ms have the maximum number 1023.
- the comparator 640 then twice triggers the counter 650, which then passes a count value 2 to the evaluation device 660.
- the determined number of counted sample values and the associated maximum amplitude values are respectively stored in the memory 670 for a plurality of reference signals.
- the values stored in memory 670 are determined in advance, for example by sampling a plurality of reference signals having the same known frequency at a fixed sampling frequency. Then, for each reference signal, the number of samples that have been converted to the threshold 1023 are determined. With the aid of equation (5), the maximum amplitude value is finally determined for each reference signal and stored together with the associated number N in the memory 670.
- the corresponding values for reference signals with a frequency of 50 Hz are entered, the reference signals having been sampled at a sampling frequency of 6.66 kHz.
- the negative sign indicates that the actual maximum amplitude value of the signal to be measured is always smaller than the maximum amplitude value calculated according to equation (5).
- Asynchronous motors can basically only take seven times their rated current. This means that if the counter 650 has counted more than 62 consecutive samples having the numerical value 1023, the supervised asynchronous motor is turned off since the maximum amplitude value of 9, 1129 determined by the meter 610 corresponds to more than seven times the rated value of the asynchronous motor. It should be noted that a current of seven times the nominal value indicates a short circuit in the motor.
- Fig. 9 shows schematically the structure of a known system for microprocessor-controlled monitoring of a safety device (not shown).
- the system includes an input stage 710 which applies a binary process or sensor signal as input to two independently operating subsystems 720 and 730.
- Each subsystem may include a microprocessor and a separate power supply.
- Subsystem is the output side connected to an output stage 740, which has, for example, a contactor or an arrangement of switching devices.
- the output stage 740 can be driven a non-illustrated safety-related application in a defined ⁇ secured state.
- both subsystems 720 and 730 are designed such that they can monitor the functionality of the respective other subsystem.
- the mutual monitoring of the subsystems is usually carried out by a bidirectional exchange of status data, as indicated by the arrows in Fig. 9.
- Each subsystem forms its own control channel, via which output stage 740 can be controlled separately. As a result, each channel, that is, each subsystem, can put the output stage 740 into a safe state independently of the other subsystem.
- FIG. 10 The exemplary multi-channel safety device for controlling safety-related devices is shown in FIG. 10.
- an automation system an automation system, individual modules of the automation system and / or safety applications in the form of software can be understood. Similar to the arrangement shown in FIG. 9, the arrangement shown in FIG.
- an input stage 60 an input stage 60, a first microprocessor-controlled controller 770, and a second controller 780 are shown.
- the output of the two controllers 770 and 780 are each connected to an input of an output stage 790.
- the output stage 790 has, for example, a relay 795.
- a multi-channel controller 750 is referred to as the first microprocessor-controlled controller 770 and the second controller 780 each form a separate control channel for independently controlling the relay 795.
- the first, microprocessor-controlled controller 770 and the second controller 780 each form a separate control channel for independently controlling the relay 795.
- the first, microprocessor-controlled controller 770 and the second controller 780 each form a separate control channel for independently controlling the relay 795.
- the first, microprocessor-controlled controller 770 and the second controller 780 each form a separate control channel for independently controlling the relay 795.
- Controller 770 includes a memory programmed microprocessor 772 and memory 774 which stores the control software that microprocessor 772 may access. Furthermore, the microprocessor-controlled control device 770 contains, for example, an NPN
- Bipolar transistor formed switch 776 hereinafter also referred to as switching transistor, via which the relay 795 can be connected to a ground terminal 778.
- a ground path is defined.
- the microprocessor 772 can open or close the ground path via the switching transistor 776.
- the microprocessor 772 is designed in such a way that it can generate a monitoring signal, also referred to below as a life signal, the time profile of which in FIG.
- the microprocessor 772 preferably carries out safety-relevant programs with the signal supplied by the input stage, so that when a fault occurs, the safety-related device can be reliably driven into a secured state via the output stage 790.
- the microprocessor 772 itself, the input stage 760 or the safety device can come into question.
- the monitoring signal generated by the microprocessor 772 reflects the proper or faulty operation of the microprocessor d '-fired control device 770 again.
- the monitoring signal is generated, for example, in that the microprocessor 772 generates a high level when the microprocessor starts to execute a safety-relevant program. As soon as the microprocessor 772 completes the execution of the safety-relevant program, it generates a low level. In Fig. 11, the course of the monitoring signal in the error-free
- the period T m shown in FIG. 11 corresponds, for example, to the duration of a monostable multivibrator implemented in the control device 780, after which the flip-flop tilts back into its stable state.
- a monostable flip-flop is shown as monoflop 784 in FIG. 12.
- the time duration T m is also referred to below as mono-time.
- the mode of operation of the control device 800 will be explained in more detail below.
- the Life signal generated by the microprocessor 772 is applied to an input of the input stage 760 via an output of the microprocessor controlled controller 770.
- At another entrance of the entrance level 760 is the binary process signal.
- the process signal and the life signal are supplied, for example, on the input side to an AND gate 762.
- the AND gate 762 combines or modulates both signals and provides at its output a so-called modulated input signal for the
- Controllers 770 and 780 any other suitable logic combiner or mechanical switch may be used as the modulator instead of a logical AND gate. It is crucial that in the illustrated in Fig. 10
- Security device 750 is applied to the monitoring signal modulated process signal and not the coming of the input stage 760 process signal directly to the input of the microprocessor-controlled controller 770 and the controller 780.
- control device 780 can control the output stage 790 independently of the microprocessor-controlled control device 770.
- a supply voltage V cc is provided, which can be applied via a transistor 782 acting as a switch to the relay 795 of the output stage 790. It should already be noted at this point that, when the switching transistors 778 and 782 are conducting, a current flows through the relay 785.
- the control device 780 has, in addition to the switching transistor 782, the monoflop 784, which has a negative output designated Q, which is preferably connected via a resistor 788 to the control electrode of the switching transistor 782. Furthermore, monoflop 784 has an input A to which the modulated signal coming from input stage 760 is applied Input signal is applied. Furthermore, a series arrangement of a capacitor 781 and a resistor 783 is provided, via which a predetermined voltage potential is applied to a master reset input labeled MR at the switch-on instant of the safety device 750, which causes the monoflop at the Q output to output a high voltage. Level generated.
- the output of the AND gate 762 of the input stage 760 and the output of the controller 780 are each connected to an input of the microprocessor controlled controller 770. Since the input quantities and the
- Transfer function of the controller 780 of the microprocessor-controlled controller 770 are known, a proper operation of the input stage 760 and the controller 780 can be verified by the fed-back output signals.
- the reference parameters of the input variables and the transfer function of the control device 80 can be stored in the memory 774 of the control device 770. Should an error occur, both the control device 780 and the microprocessor-controlled control device 770 can convert the output stage 90 into a safe state by opening either the ground path formed via the switching transistor 776 and the connection line 100 and / or the supply voltage by means of the switching transistor 82 Control device 780 is switched off by the relay 795 of the output stage 790.
- a critical aspect is that a erroneous, uncontrolled oscillation of the life signal can occur, which can prevent a safe shutdown of a safety device.
- the safety device 810 used by way of example in the safety switching device 900 illustrated in FIG. 1 has, similar to the safety device 750 shown in FIG. 10, an input stage 760, which in turn may have a logical combination device, for example an AND gate 762. At an input of the AND gate 762, the input signal, which may be the process signal, is applied. Again, an output stage 790 is provided, which may have a plurality of cooperating switching elements 795, which allows a defined shutdown of the safety device.
- the safety device 810 is in turn multi-channel, in the present example two-channel design, wherein a first, microprocessor-controlled controller 820 as a master and a second
- Controller 840 acts as a slave. Again, the controller 820 may be considered as a software-based subsystem, while the controller 840 may be implemented as a hardware-based subsystem, shown in greater detail in FIG. 14.
- the microprocessor-controlled control device 820 in turn has a microprocessor 822 which can generate a low-frequency monitoring or life signal. Again, the microprocessor 822 may generate a rising edge at the beginning of execution of a safety-related program and a falling edge upon leaving the execution of the safety-related program.
- the time interval of successive pulses, that is, the periodicity of the monitoring signal is again defined by the mono time T m of a monoflop.
- T m of a monoflop.
- the monitoring signal generated by the microprocessor 822 is supplied to a modulator 824, which is the low-frequency monitoring signal with a high-frequency modulation signal, for example the clock signal of the microprocessor 822, a signal derived from the clock signal or another high-frequency signal can, modulated.
- the clock signal of the microprocessor 822 is applied to a second input of the
- Modulators 824 created.
- the modulated monitor signal generated by the modulator 824 is applied to a further input of the AND gate 762 of the input stage and to a first input of the controller 830.
- At the output of the AND gate 762 appears a modulated process signal which is modulated by the modulated monitor signal provided by the microprocessor controlled controller 820.
- the modulated output of the AND gate 762 is applied as a modulated input to an input of the microprocessor controlled controller 820 and to another input of the controller 840, respectively.
- the microprocessor 822 is capable of monitoring the output from the AND gate 762 for a fault.
- a memory 826 can
- Input variables that relate to the input stage 760, as well as the transfer function of the control device 830 be stored.
- the microprocessor 722 is connected to the control electrode, in the present example with the base of a switching transistor 828, which is connected via a
- the switching transistor 828 may be formed, for example, as an NPN-type bipolar transistor.
- the emitter electrode of the switching transistor 828 is grounded and the Electrode of the switching transistor 828 connected to the input of the output stage 790. If the microprocessor 822 detects an error, it can disconnect the ground path formed via the switching transistor 828 and the connection line 100 by applying a low level to the control electrode of the switching transistor 828, so that the switching transistor is blocked.
- the output signal of the control device 840 is on the input side with the microprocessor-controlled
- Control device 820 connected.
- the microprocessor 822 is again implemented to be under
- Controller 840 can detect a malfunction of the controller 830.
- the control device
- demodulator 840 includes a demodulator 840, which is shown in more detail in FIG.
- the output of the demodulator 830 may be connected to the control electrode of a switching transistor 850 via which a supply voltage may be applied to the output stage 790.
- the demodulator 830 has a monoflop 831 which corresponds in function to the monoflop 784 of the control device 780 shown in FIG.
- Monoflop 731 has an input labeled A to which the modulated input signal from AND gate 762 is applied.
- the modulated monitor signal provided by the modulator 824 is applied to a high pass filter 832 and a low pass filter 833 designated TP2.
- the output signal of the high-pass filter 832 is supplied to a further monoflop 834.
- the monoflop 834 has a master reset input at which a supply voltage V cc can be applied via a series connection comprising a capacitor 835 and a resistor 836.
- the negated The output of monoflop 834 is applied to the input of another low pass filter 837 labeled TPl.
- the output of the low pass filter 833 is connected to a first input of another monoflop 838 denoted A, while the output of the low pass filter 837 is connected to the master reset input of the monoflop 838.
- the designated with Q negative output of the monoflop 838 is finally connected to the master reset input of
- Monoflops 831 connected.
- the negative output of the monoflop 831 denoted by Q is connected to the control electrode, in the present example to the base of the switching transistor 850.
- the waveforms shown in Figures 15a to 15i are input and output signals at predetermined observation points within the demodulator 830, which are marked accordingly with the numbers 1 to 7.
- the voltage waveforms occur during proper operation of the safety device 810. In case of a faulty
- FIG. 10 and 13 illustrated safety devices 750 and 810 explained in more detail.
- the operation of the control device 80 according to FIG. 10 and the mode of operation of the control device 840 shown in FIG. 13 will be described in more detail.
- Output Q of the monoflop 784 is set to a high level, whereby the switching transistor 782 is set in the blocking state. This in turn causes the
- Supply voltage V cc via the switching transistor 782 is not applied to the output stage 790. This ensures that the output stage 790 can be put into operation only when a supply voltage is applied and the completion of self-tests is completed.
- the output Q depends on the modulated input signal applied to the input A, which is supplied by the AND gate 762. It is assumed that a process signal with a high level is applied to the AND gate 762 of the input stage 760, so that the monitoring signal shown in FIG. 11 is present as a modulated input signal at the input A of the monoflop 784 when the control device 70 functions properly.
- the output Q of the monoflop 784 With the first positive edge of the modulated input signal, the output Q of the monoflop 784 is set low for the mono-time T m .
- the switching transistor 782 is also kept conductive. Occurs, as shown in Fig. 11, before the expiration of the mono time T m a another positive edge in the monitoring signal, the
- Monoflop 784 triggered again and the output Q is again set to low for the mono time T m .
- the microprocessor 772 of the microprocessor-controlled control device 770 is working properly, a positive edge is generated before the expiration of the mono-time T m .
- the switching transistor 782 is kept in the conducting state via the monoflop 784.
- Proper operation means that the input signal or process signal at the input of the AND gate 762 of the input stage 760 has a high level and the modulated input signal is an alternating signal whose period is less than or equal to the mono time T n .
- the monoflop 784 ensures that the switching transistor 782 is switched into the blocking state and thus the output stage 790 is disconnected from the supply voltage V cc .
- an error may also be signaled by generating a low level process signal which causes the output of the AND gate 762 to be set to zero. Consequently, the monitoring signal no longer reaches the input A of the monoflop 782. Since no positive edge appears at the input A of the monoflop within the mono time T m , the output Q of the monoflop 784 is set to zero. This causes the switching transistor 782 to turn off and thus the
- a fault may occur in the control device 770 if, for example, the microprocessor 772 does not start a safety-relevant program because of an unforeseeable error.
- the monitoring signal for example, remains continuously at a low level. This, in turn, results in no positive edge occurring at the input A of the monostable multivibrator 784 over a period of time longer than the monotone T m of the monoflop 784, thus placing the switching transistor 782 in the off state.
- the microprocessor 772 has started a security-related program, but can not stop it due to an unpredictable error, the monitoring signal will remain at a high level.
- this condition results in no positive edge occurring at the input A of the monostable multivibrator 784 for a period of time longer than the monotone T m of the monoflop 784, such that the switching transistor 782 is set in the off state and the output stage 790 in FIG a secured, predefined state is driven. It should be noted at this point that, depending on the implementation of the control device 780, the monoflop 784 can also be triggered by falling edges.
- Safety device 750 it is possible to drive an automation system or its safety components in case of an error that has its cause, for example in the input stage 760 or the safety device 770, in a safe state.
- An error in the controller 780 is detected by the controller 770 by the output of the controller 780 via the feedback line 805 to Microprocessor 772 is performed. Because the control device 770 knows the transfer function of the control device 780, which may be stored in the memory 774. If the control device 770 detects an error in the output signal of the control device 780, the microprocessor 772 ensures that the switching transistor 776 is disabled and thus the ground path to the output stage 790 is opened.
- monoflop 784 also serves to control the on-time of the applied modulated
- the mono-time T m must not be longer than the safety shut-down time of the output stage 90.
- control device 840 has a low-pass and high-pass arrangement, by means of which, as it were, a digital band-stop filter is realized.
- the demodulator 830 behaves similar to the monoflop 784 shown in FIG. 12. However, if an error occurs in the control device 820, for example in the microprocessor 822, the high-frequency and low-frequency components of the shifted from the modulator 824 modulated monitoring signal to higher or lower frequencies. The consequence of this is that either the high-frequency or low-frequency component of the modulated monitoring signal is blocked by the band blocking behavior of the demodulator 830. This causes the monoflop 831 to set the positive output Q low after the monaural time has elapsed, causing the switching transistor 850 to be in the off state, thus driving the output stage 790 to a safe state. It should be noted that the
- Control means 720 comprises a software module which ensures that a change in the clock of the microprocessor 720 results in a corresponding frequency shift of the life signal.
- the operation of the demodulator 830 will be described in detail with reference to FIGS. 15 to 17i. First, the error-free operation of the controller 820 will be described.
- FIG. 15a schematically shows the modulated monitor signal which is a superposition of the clock signal of the microprocessor 822 and the monitor signal shown in FIG. In the illustrated curve, which already begins at time T 0 , the period of the monitoring signal drops approximately with the Mono time T n , the monoflop 831 together.
- the clock signal used by the modulator 824 of the control device 820 as a modulation signal of the microprocessor 822 has a period of T 3 , which is also entered in Fig. 15a.
- the capacitor 835 and the resistor 836 having series connection serves to apply a voltage potential to the master reset input of the monoflop 834 at the switch-on time of the automation system, which at the time To for a low level at the negated output Q of the monoflop 834, as shown in Fig. 15i.
- FIG. 15 b shows the low-frequency component of the modulated monitoring signal which is present at the output of the low-pass filter 833.
- FIG. 15 c shows the high-frequency component of the modulated monitoring signal which is present at the output of the high-pass filter 832.
- FIG. 15i shows the waveform applied to the negated output Q of the monoflop 834, which goes to zero at the time To when the modulated input signal of FIG. 15a is applied to the high pass filter 832, since positive edges of the high frequency signal portion shown in FIG. 15c before the end of the special mono-time of the monoflop 834 this triggefn.
- FIG. 15 d shows the signal curve present at the output of the low-pass filter 837, which after a predetermined delay has the value of the signal curve according to FIG. 15 i, d. H. takes the value zero.
- Fig. 15e shows the at the negated
- FIG. 15h shows the waveform at the output Q of the monoflop 831.
- a process signal which may also be a sensor signal, now goes to a high level the AND gate 762 is applied, as shown in Fig. 15f. From this point on, the AND gate 762 provides the alternating signal shown in Fig. 15g.
- This signal contains in the present example due to system-induced low-pass characteristics no high-frequency components more. Rather, it corresponds to the monitoring signal with a period of less than or equal to T m .
- FIG. 16a shows that, as before, a high-level process signal is applied to the AND gate 762, which represents the normal operating state of the system.
- FIG. 16b shows the change of the output signal at the low-pass filter 833 after the time T 2 after the frequency of the clock signal of the microprocessor 822 has dropped.
- FIG. 16c shows the change of the clock signal of the microprocessor 822 at time T 2 . Since the time interval of consecutive positive edges in the clock signal of the microprocessor 822 at time T 2 is longer than the monoflop time of the monoflop 834, the high-frequency clock signal of the microprocessor 822 shown in FIG. 16h appears at the negated output Q of the monoflop 834.
- the low-pass filter 837 filters the high-frequency
- Low pass filter 837 at the end of the monophonic of the monoflop 834 a high level is applied, as shown in Fig. 16d.
- the high level is applied to the master reset input of the monoflop 838 and ensures that a high level is generated at the negated output of the monoflop 838, which is shown in Fig. 16e.
- a low-level output signal is generated through the master reset input of the monoflop 831, as shown in Fig. 16g. This signal 'controls the switching transistor 850 into the blocked state.
- FIG. 17 a shows the modulated monitoring signal arriving at the input of the high-pass filter 832 and at the input of the low-pass filter 833 at a time T 3 as shown changes. It is still assumed that the input stage 760 and the automation system itself operate faultlessly, so that a process signal with a high level continues to be present at the AND gate 762, as shown in FIG. 17f.
- FIG. 17f shows the input stage 760 and the automation system itself operate faultlessly, so that a process signal with a high level continues to be present at the AND gate 762, as shown in FIG. 17f.
- FIG. 17i shows the change of the modulated input signal after the time T 3 , which is applied to the input A of the monoflop 831.
- FIG. 17 c again shows the change of the clock signal at the output of the low-pass filter 832 at the time T 3 .
- the high-frequency input signal shown in FIG. 17c causes a negligible low level to be applied to the negated output of monoflop 834, which is shown in FIG. 17h.
- the low level is applied via the low pass filter 837 to the master reset input of the monoflop 838.
- the low-pass filter 833 is dimensioned such that it also modulates the low-frequency component of the error-prone
- Monitoring signal which is shown in Fig. 17a, blocks from the time T 3 , as shown by the voltage waveform in Fig. 17b. Since only a constant level is present at the input A of the monoflop 838, after the monoflop of the monoflop 838 has elapsed, the negated output is set to a high level, as shown by FIG. 17e.
- the monoflop 831 is now reset via the master reset input MR, whereby the output of the monoflop 831 is set to zero, as shown in FIG. 17g. Again, the switching transistor 850 is turned off and thus the power supply is disconnected from the output stage 790.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Safety Devices In Control Systems (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät, mit welchem eine sicherheitstechnische Einrichtung, vorzugsweise ein elektrischer Antrieb, in einen sicheren Zustand gesteuert werden kann. Das Sicherheitsschaltgerät (900) weist einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller (822) auf, der zum Beispiel einen zu schützenden elektrischen Antrieb sowohl bei Betätigung eines Notaus-, Schutztür- und/oder Zweihand-Schalters als auch bei einem fehlerhaften Betrieb des Sicherheitsschaltgerätes oder des elektrischen Antriebs in einen sicheren Zustand steuern kann. Hierzu ist der Mikroprozessor (822) vorzugsweise derart implementiert, dass er aus wenigstens einem zu messenden Analogsignal ermitteln kann, ob ein vorbestimmter Parameter, vorzugsweise die Amplitude des Analogsignals außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt. Zudem kann der Mikroprozessor (822) Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung (810) sein, die zum mehrkanaligen Steuern eines sicherheitstechnischen elektrischen Antriebs ausgebildet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Sicherheitsschaltgerät (900) auf mehrere voneinander unabhängige Sicherheitsfunktionen ansprechen kann, um einen elektrischen Antrieb in einen sicheren Zustand zu steuern. Zudem ist bei einem derartigen kompakten Sicherheitsschaltgerät die Gefahr eines Verdrahtungsfehlers gegenüber den bekannten Maßnahmen deutlich reduziert.
Description
Sicherheitsschaltgerät zum Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung in einen sicheren
Zustand
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsschaltgerät, mit welchem eine sicherheitstechnische Einrichtung, vorzugsweise ein elektrischer Antrieb, in einen sicheren Zustand gesteuert werden kann. Weiterhin betrifft die
Erfindung eine dreiphasige Leistungsendstufe zum Ansteuern wenigstens einer Last, eine Messvorrichtung zum Messen eines periodischen Analogsignals, dessen Amplitude außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen kann, sowie eine Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung, die allesamt zum Einsatz in einem Sicherheitsschaltgerät geeignet sind.
Damit elektrische Antriebe, wie zum Beispiel ein Drehstrommotor, in Anwendungen oder Anlagen als eine sicherheitstechnische Komponente eingesetzt werden können, sind Sicherheitsrelais, Motoschutzschalter oder Motorschutzrelais und Schütze erforderlich, die den Antrieb in einen sicheren Zustand fahren können. Sicherheitsrelais dienen dazu, einen elektrischen Antrieb auszuschalten, sobald ein Notaus-, Schutztür- oder Zweihand-Schalter betätigt worden ist. Motorschutzschalter haben die Aufgabe, zum Beispiel bei thermischer Überlastung den Antrieb mit Hilfe von Bimetallen in einen sicheren Zustand zu fahren. Nachteilig an derartigen Sicherheitsmaßnahmen ist, dass die Bauteile einen großen Platzbedarf und erheblichen
Verdrahtungsaufwand erfordern. Dies führt unter Anderem zu hohen Kosten und einem beträchtlichen Wartungsaufwand. Zudem zeigen die eingesetzten elektromagnetischen Schütze einen Kontaktverschleiß. Außerdem besteht die Gefahr, dass bei der Implementierung einer Anlage mit sicherheitstechnischen Komponenten Motorschutzschalter und Sicherheitsrelais falsch an die sicherheitstechnischen Komponenten angeschlossen werden oder defekte Bauteile verwendet werden, so dass die Anlage, der elektrische Antrieb und/oder Bedienpersonen durch einen Fehlbetrieb gefährdet werden können.
Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Sicherheitsschaltgerät zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile vermeidet und zudem sicherstellt, dass eine sicherheitstechnische Einrichtung, insbesondere ein elektrischer Antrieb, bei Auftritt eines Fehlers in der Anwendung, der Anlage, der sicherheitstechnischen Einrichtung und/oder dem Sicherheitsschaltgerät selbst schnell und zuverlässig in einen gewünschten sicheren Zustand überführt werden kann.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, ein Sicherheitsschaltgerät mit einer integrierten programmierbaren Steuereinheit, wie zum Beispiel einem Mikroprozessor, einem MikroController oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array) zu entwerfen, der zum Beispiel einen zu schützenden elektrischen Antrieb sowohl bei Betätigung eines Notaus-, Schutztür- und/oder Zweihand- Schalters als auch bei einem fehlerhaften Betrieb des
Sicherheitsschaltgerätes oder des elektrischen Antriebs in einen sicheren Zustand steuern kann. Hierzu ist der Mikroprozessor vorzugsweise derart implementiert, dass er aus wenigstens einem zu messenden Analogsignal ermitteln kann, ob ein vorbestimmter Parameter, vorzugsweise die
Amplitude des Analogsignals außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt. Zudem kann der Mikroprozessor Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung sein, die zum mehrkanaligen Steuern eines sicherheitstechnischen elektrischen Antriebs ausgebildet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Sicherheitsschaltgerät auf zwei voneinander unabhängige Sicherheitsfunktionen ansprechen kann, um einen elektrischen Antrieb in einen sicheren Zustand zu steuern. Zudem ist bei einem derartigen kompakten Sicherheitsschaltgerät die Gefahr eines
Verdrahtungsfehlers gegenüber den bekannten Maßnahmen deutlich reduziert .
Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Sicherheitsschaltgerät zum Steuern wenigstens einer sicherheitstechnischen Einrichtung in einen gesicherten Zustand vorgesehen. Das Sicherheitsschaltgerät weist eine erste Anschlusseinrichtung zum Anschalten des Sicherheitsschaltgerätes an eine ein- oder mehrphasige Energieversorgungseinrichtung, wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung zum Anschalten einer sicherheitstechnischen Einrichtung, eine dritte
Anschlusseinrichtung zum Anschalten wenigstens einer sicherheitstechnischen Eingangsstufe, eine zwischen der ersten und zweiten Anschlusseinrichtung geschalteten ein- oder mehrphasigen Leistungsendstufe mit wenigstens einem ansteuerbaren Schaltkontakt, eine Messeinrichtung und eine Sicherheitseinrichtung zum mehrkanaligen Ansteuern der Leistungsendstufe auf. Die Sicherheitseinrichtung weist wiederum folgende Merkmale auf: eine erste, eine programmierbare Steuereinheit aufweisende Steuereinrichtung, die eine Signalerzeugungseinrichtung zum
Erzeugen eines Überwachungssignals aufweist, eine zweiten Steuereinrichtung, wobei die Eingangsstufe mit der ersten Einrichtung und der zweiten Steuereinrichtung verbunden und zum Modulieren eines Eingangssignals mit dem von der ersten Steuereinrichtung kommenden Überwachungssignal ausgebildet ist, wobei die erste Steuereinrichtung und/oder die zweite Steuereinrichtung unter Ansprechen auf das modulierte Eingangssignal die sicherheitstechnische Einrichtung bei Auftritt eines Fehlers in einen yorbestimmten sicheren Zustand steuern, wobei die erste Steuereinrichtung der
Messeinrichtung zugeordnet und derart ausgebildet ist, dass sie unter Ansprechen auf ein gemessenes Analogssignal die sicherheitstechnische elektrische Einrichtung über die Leistungsendstufe in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuert, wenn ein vorbestimmter Parameter des gemessenen
Analogsignals außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt.
Dank dieser Maßnahme ist es möglich, eine sicherheitstechnische Einrichtung in einen vorbestimmten sicheren Zustand zu fahren, und zwar dann, wenn ein sicherheitstechnischer Schalter, wie zum Beispiel ein
Notausschalter betätigt wird, der Versorgungsstrom einen Schwellenwert überschreitet, oder ein Fehler in der sicherheitstechnischen Einrichtung oder im Sicherheitschaltgerät aufgetreten ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Vorzugsweise ist die Leistungsendstufe eine dreiphasige Leistungsendstufe, die einen ersten, zweiten und dritten Leiter aufweist, die über die erste Anschlusseinrichtung mit einer Drehstromversorgungseinrichtung verbindbar sind, wobei jedem Leiter wenigstens ein ansteuerbarer
Schaltkontakt zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Leiters zugeordnet ist, und wobei die Ansteuerung von wenigstens zwei der Schaltkontakte unabhängig voneinander erfolgt. In diesem Fall mißt die Messeinrichtung zum Beispiel den Leiterstrom in zwei Leitern und prüft, ob ein vorbestimmter Parameter wenigstens eines der beiden Ströme außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt.
Die Messeinrichtung ist in der Lage alternativ oder zusätzlich eine Leiterspannung zu messen. Aus den gemessenen Spannungen und den zugehörenden Strömen kann die Messeinrichtung die Wirkleistung bestimmen. In diesem Fall kann das Sicherheitsschaltgerät nicht nur zum Personen- und Motorschutz, sondern auch zum Schutz der Anlage eingesetzt werden, da die Wirkleistung proportional des abgegebenen Drehmoments eines elektrischen Antriebs ist.
Um ein kompaktes, leicht handhabares Sicherheitsschaltgerät zu erhalten, bei welchem die Gefahr einer fehlerhaften Verdrahtung deutlich reduziert werden kann, sind die erste Anschlusseinrichtung, die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung, die dritte Anschlusseinrichtung, die Leistungsendstufe, die Messeinrichtung und/oder die Steuereinrichtungen auf einer Leiterplatte angeordnet.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung geschaffen, die in dem Sicherheitsschaltgerät integriert werden kann.
Automatisierungsanlagen umfassen in der Regel Feldbussysteme, an die sicherheitstechnische und nicht sicherheitstechnische Aktoren, Sensoren sowie über- und/oder untergeordnete Steuer- und Überwachungseinrichtungen angeschaltet sein können. Ein
Aktor kann zum Beispiel einen elektrischen Antrieb, wie zum Beispiel einen Drehstrommotor enthalten. Eine wichtige Anforderung an derartige Automatisierungsanlagen ist, dass bei Auftritt eines Fehlers eine sicherheitstechnische Komponente, z. B. ein Aktor oder sogar die gesamte Automatisierungsanlage in einen gesicherten Zustand gefahren werden kann. Um ein sicheres Abschalten der Automatisierungsanlage oder eines fehlerhaften Aktors zu ermöglichen, muss sichergestellt sein, dass ein definiertes Eingangssignal, welches die Automatisierungsanlage in den sicheren Zustand fahren soll, immer korrekt interpretiert wird.
Bei Anlagen und Geräten, die zu einer bestimmten Sicherheitskategorie gehören, werden beispielsweise mehrkanalige Überwachungssysteme verwendet, die unabhängig voneinander arbeitende Subsysteme enthalten, die jeweils für sich die Anlage oder einzelne Geräte in einen gesicherten Zustand fahren können. Die mehrkanaligen oder redundant aufgebauten Überwachungssysteme sind weiterhin derart ausgebildet, dass die Subsysteme die Funktionsfähigkeit des jeweils anderen Subsystems überwachen können. Die gegenseitige Überwachung erfolgt in der Regel durch einen bidirektionalen Austausch von Statusdaten. Derartige bekannte mehrkanalige
Überwachungssysteme sind symmetrisch aufgebaut. Das bedeutet, dass ein von einer Eingangsstufe geliefertes Eingangssignal, welches den Betriebszustand einer zu überwachenden Anlage steuert, unmittelbar an den Eingang jedes Subsystems des Überwachungssystems angelegt wird, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass im Gegensatz zu bestehenden symmetrischen mehrkanaligen Überwachungssystemen, nachfolgend auch
Sicherheitsvorrichtung genannt, bei denen das von einer Eingangsstufe bereitgestellte Eingangssignal unmittelbar an jedes Subsystem angelegt wird, das Eingangssignal in einer vorbestimmten Weise moduliert und anschließend den Subsystemen, nachfolgend auch Steuereinrichtungen genannt, zugeführt wird. Insbesondere erfolgt bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung keine gegenseitige Überwachung der verschiedenen Steuereinrichtungen. Statt dessen fungiert eine mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung als Master, welche die andere
Steuereinrichtung, welche als Slave betrieben wird, überwacht .
Danach ist eine Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung vorgesehen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei einer sicherheitstechnischen Einrichtung um einen Aktor einer Automatisierungsanlage, eine ausführbare sicherheitstechnische Anwendung und/oder um eine Automatisierungsanlage selbst handeln.
Hierzu ist eine erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung vorgesehen, die einen ersten sogenannten Steuerkanal bildet. Die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung weist eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Überwachungssignals auf. Ein zweiter Steuerkanal weist eine zweite Steuereinrichtung auf.
Das Überwachungssignal dient vor allem dazu, der Sicherheitsvorrichtung, insbesondere der zweiten
Steuereinrichtung zu ermöglichen, die ordnungsgemäße Funktion der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung zu überwachen.
Mit der ersten, mikroprozessorgesteuerten Einrichtung und der zweiten Steuereinrichtung ist eine Eingangsstufe verbunden, die zum Modulieren eines Eingangssignals mit dem von der ersten mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung kommenden Überwachungssignal ausgebildet ist. Die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung und/oder die zweite Steuereinrichtung steuern unter Ansprechen auf das modulierte Eingangssignal die sicherheitstechnische Einrichtung bei Auftritt eines Fehlers in einen vorbestimmten sicheren Zustand.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung führt vorzugsweise sicherheitsrelevante Programme oder Programmteile durch, um das modulierte Eingangssignal beispielsweise unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten zu verarbeiten. So kann das modulierte Eingangssignal zum Beispiel in definierter Weise codiert werden.
Die Signalerzeugungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der Abarbeitung wenigstens eines sicherheitsrelevanten Programms durch die erste, mikropfozessorgesteuerte Steuereinrichtung das
Überwachungssignal erzeugt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Signalerzeugungseinrichtung vorzugsweise Bestandteil eines Mikroprozessors der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung ist.
Die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung und die zweite Steuereinrichtung sind mit einer Ausgangsstufe verbunden. Die Steuereinrichtungen weisen jeweils eine Einrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren der Ausgangsstufe auf. Insbesondere enthält die Ausgangsstufe
wenigstens eine Schalteinrichtung, die ein Relais sein kann. Allerdings kann die Ausgangsstufe auch mehrere Schalteinrichtungen aufweisen, die ein stufenweises oder sanftes Abschalten einer sicherheitstechnischen Einrichtung ermöglichen.
Die Aktivierungs-/Deaktivierungseinrichtung der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung weist einen mit Masse verbindbaren Schalter auf, während die zweite Steuereinrichtung einen mit einer Versorgungsspannung verbindbaren Schalter aufweist. Alternativ kann natürlich auch die erste Steuereinrichtung einen mit einer Versorgungsspannung verbindbaren Schalter und die zweite Steuereinrichtung einen mit Masse verbindbaren Schalter aufweisen. Auf diese Weise können die Steuereinrichtungen unabhängig voneinander die Ausgangsstufe absteuern, um die sicherheitstechnische Einrichtung in den gesicherten Zustand zu versetzen. Je nach schaltungstechnischer Implementierung der Ausgangsstufe befindet sich eine sicherheitstechnische Einrichtung nur im Betriebszustand, wenn der durch die erste Steuereinrichtung definierte Massepfad zur Ausgangsstufe geschlossen und über die zweite Steuereinrichtung die Vorsorgungsspannung an die Ausgangsstufe angelegt ist. Die sicherheitstechnische Einrichtung kann dann über die Ausgangsstufe in einen sicheren Zustand gefahren werden, wenn entweder der Massepfad geöffnet und/oder die Versorgungsspannung von der Ausgangsstufe getrennt wird.
Vorzugsweise ist die erste, mikroprozessorgesteuerte
Steuereinrichtung zum Überwachen der Eingangsstufe und/oder der zweiten Steuereinrichtung ausgebildet.
Die Modulation des Eingangssignals mit dem Überwachungssignal der ersten, mikroprozessorgesteuerten
Steuereinrichtung kann mittels einer logischen Verknüpfungseinrichtung, insbesondere einem UND-Gatter durchgeführt werden. Alternativ kann auch ein gewöhnlicher Schalter, auch ein mechanischer Schalter verwendet werden, um das Überwachungssignal beim Öffnen und Schließen des Schalters zu modulieren.
Um eine Fehlfunktion der ersten und/oder zweiten Steuereinrichtung infolge eines fehlerhaften, unkontrollierten Oszillierens des Überwachungssignals zu vermeiden, muss die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung eine geeignete Signalform liefern. Hierzu weist die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung einen Modulator zum Modulieren des Überwachungssignals mit einem Signal auf, dessen Frequenz höher als die Frequenz des Überwachungssignals ist. Das höherfrequente Signal kann das Taktsignal des die erste Steuereinrichtung steuernden Mikroprozessors sein. In diesem Fall ist die Eingangsstufe zum Modulieren des modulierten Überwachungssignals und des Eingangssignals ausgebildet. Die zweite Steuereinrichtung muss in diesem Fall in der Lage sein, die unterschiedlichen Spektralanteile im modulierten Eingangssignal erfassen und auswerten zu können. Hierzu weist die zweite Steuereinrichtung einen Demodulator auf, der unter Ansprechen auf das von der Eingangsstufe kommende modulierte Eingangssignal und das von der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung kommende modulierte Überwachungssignal bei Auftritt eines Fehlers ein Steuersignal erzeugt, welches die sicherheitstechnische Einrichtung in den vorbestimmten sicheren Zustand steuert.
Hierzu fungiert der Demodulator zweckmäßigerweise als Bandsperre. In Verbindung mit wenigstens einer Schalteinrichtung, insbesondere einem Monoflop, liefert der Demodulator, wenn sich die Frequenz des Signals mit höherer
Frequenz um einen vorbestimmten Betrag ändert, ein Steuersignal zum Steuern der sicherheitstechnischen Einrichtung in den sicheren Zustand.
Vorzugsweise weist der Demodulator ein Hochpassfilter und ein erstes Tiefpassfilter auf, dessen jeweiliger Eingang mit dem Ausgang der ersten, mikroprozessorgesteuerten Einrichtung verbunden ist. Ein erstes Monoflop ist vorgesehen, welches einen Reset-Eingang und einen Signaleingang aufweist, der mit dem Ausgang des
Hochpassfilters verbunden ist. Ein zweites Tiefpassfilter ist vorgesehen, dessen Eingang mit dem negierten Ausgang des ersten Monoflops verbunden ist. Ferner ist ein zweites Monoflop vorgesehen, dessen Signaleingang mit dem Ausgang des ersten Tiefpassfilters und dessen Reset-Eingang mit dem Ausgang des zweiten Tiefpassfilters verbunden ist. Weiterhin ist ein drittes Monoflop vorgesehen, dessen Signaleingang mit dem Ausgang der Eingangsstufe und dessen Reset-Eingang mit dem negierten Ausgang des zweiten Monoflops verbunden ist.
Vorzugsweise ist die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung softwarebasiert und die zweite Steuereinrichtung hardwarebasiert, d. h. schaltύngstechnisch realisiert. Ferner kann auch die zweite Steuereinrichtung durch einen Mikroprozessor gesteuert werden .
Bei dem Eingangssignal kann es sich um ein binäres Prozesssignal handeln, welches zum Anfahren und gesicherten Abschalten einer sicherheitstechnischen Einrichtung dient.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist eine dreiphasige Leistungsendstufe vorgesehen, die ebenfalls in dem Sicherheitsschaltgerät integriert werden kann.
Dreiphasige Leistungsendstufen sind hinlänglich bekannt und dienen dazu, den von einem Drehstromgenerator erzeugten Drehstrom in gesteuerter Weise Lasten zur Verfügung zu stellen. Die Lasten können an eine Phase oder an alle drei Phasen der Leistungsendstufe angeschaltet und somit mit Wechselstrom bzw. Drehstrom versorgt werden.
Eine bekannte dreiphasige Leistungsendstufe ist beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. Die allgemein mit 10 bezeichnete Leistungsendstufe weist drei Leiter 20, 21 und 22, auch Phasen genannt, auf. In herkömmlicher Weise werden die zu einer nicht dargestellten Drehstromversorgungseinrichtung weisenden Leiterenden mit Ll, L2 und L3 bezeichnet. Die Einspeisung eines
Wechselstrom in die Leiter 30, 31 und 32 ist symbolisch durch einen Übertrager 30, 31 beziehungsweise 32 dargestellt. Um die elektronischen Bauelemente der Leitungsendstufe 10 und/oder die daran angeschalteten Lasten vor Überspannungen zu schützen, befindet sich zwischen den Leitern 20, 21 und 22 eine allgemein mit 40 bezeichnete Überspannungsschutzschaltung. Die Überspannungsschutzschaltung 40 kann mehrere Reihen- und/oder Parallelschaltungen aus Kondensatoren, Widerständen und/oder Varistoren aufweisen. Derartige
Überspannungsschutzschaltungen sind bekannt und bedürfen somit keiner näher Erläuterung.
Die ausgangsseitigen Leiterenden werden in herkömmlicher Weise mit Tl, T2 und T3 bezeichnet. Wie Fig. 2 zeigt, ist in den Leiter 21 ein Schaltkontakt 50 geschaltet, der Teil eines Relais ist. Parallel zum Schaltkontakt 50 ist ein als Wechselstromschalter fungierendes Halbleiterbauelement 60 geschaltet, welches durch einen Triac oder durch eine entsprechende Thyristor-Schaltung verwirklicht sein kann.
Parallel zum Triac 60 ist eine Schutzschaltung vorgesehen, die eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 70 und einem Kondensator 71 und einen parallel dazu geschalteten Varistor umfassen kann. Die Schutzschaltung dient dazu, den Triac 60 und/oder Optotriacs, die die Zündspannung für die Triacs liefern, vor Spannungsspitzen zu schützen. Es sei darauf hingewiesen, dass derartige Schutzschaltungen für Halbleiterschalter, wie zum Beispiel den Triac 60, bekannt sind und somit nicht weiter erläutert werden müssen.
In den Leiter 22 ist ebenfalls ein Schaltkontakt 80 geschaltet, der zu einem separaten Relais gehört. Parallel zum Schaltkontakt ist wiederum ein Halbleiterschalter 90 in Form eines Triacs sowie eine Schutzschaltung in Form einer Reihenschaltung aus einem Widerstand 70 und einem
Kondensator 71 sowie einem parallel dazu geschalteten Varistor 72 vorgesehen. Weiterhin ist zwischen den zweiten und dritten Leiter 21 und 22 eine Wendeschalteinrichtung 100 vorgesehen, die ein dem Leiter 21 zugeordnetes Relais 110 und ein dem Leiter 22 zugeordnetes Relais 120 aufweist. Das dem Leiter 21 zugeordnete Relais 110 weist zwei Schaltkontakte 111 und 112 auf, wohingegen das dem Leiter 22 zugeordnete Relais 120 Schaltkontakte 121 und 122 aufweist. Die Wendeschaltung 100 dient dazu, die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors zu ändern. Im dargestellten Schaltzustand verbinden die Schaltkontakte 111 und 112 des Relais 110 den Eingang L2 mit dem Ausgang T2 des Leiters 21, während die Schaltkontakte 121 und 122 des Relais 120 den Eingang L3 mit dem Ausgang T3 des Leiters 22 verbinden. Im angeschalteten Zustand dreht sich ein angeschlossener Drehstrommotor bei dieser Schaltkontaktstellung beispielsweise rechts herum. Werden die Relais 110 und 120 angesteuert, dann sorgen die jeweiligen Schaltkontakte 111 und 112 beziehungsweise 121 und 122 dafür, dass ein
Wechselstrom über den Leiter 22 zum Ausgang des Leiters 21 und ein Wechselstrom vom Leiter 21 zum Ausgang des Leiters 22 geführt wird. Auf diese Weise wird die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors geändert.
Die bei der bekannten Leistungsendstufe eingesetzten Relais 110 und 120 der Wendeschaltung 110 sorgen dafür, dass die Leiter 21 und 22 ununterbrochen durchgeschaltet sind. Ein Abschalten der bekannten Leistungsendstufe 10 ist nur hinsichtlich der Leiter 21 und 22 möglich, indem die
Schaltkontakte 50 und 80 geöffnet werden, so dass die den beiden Leitern zugeordneten Triacs 60 beziehungsweise 90 gesperrt betrieben werden. Da die Triacs allein einen Stromfluss durch die Leiter 21 und 22 sperren müssen, werden spezielle Halbleiterbauteile verwendet, die einer Sperrspannung von etwa 1200 V widerstehen können.
Die in Fig. 2 gezeigte bekannte Leistungsendstufe ist nicht geeignet, die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 zu erfüllen, da keine dreiphasige Abschaltung der
Leistungsendstufe möglich ist. Denn in dem Leiter 20 ist kein Schalter vorgesehen, der den Leiter öffnen könnte.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, die eingangs genannte dreiphasige Leistungsendstufe derart weiter zu entwickeln, dass diese die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 sowie der Stop-Kategorien 0 und 1 erfüllt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, eine neuartige Wendeschalteinrichtung anzugeben, die die Verwendung von kostengünstigeren Halbleiterbauelementen für die bei der Leistungsendstufe eingesetzten Halbleiterschalter ermöglicht. Dank der neuartigen Wendeschalteinrichtung werden die Halbleiterschalter
nämlich im gesperrten Zustand niedrigeren Sperrspannungen, d.h. etwa 800 V ausgesetzt als bei der in Fig. 2 gezeigten Leistungsendstufe, bei der die Sperrspannungen bei etwa 1200 V liegen. Ferner können die bei der bekannten dreiphasigen Leistungsendstufe nach Fig. 2 vorgesehenen Schutzschaltungen für die Halbleiterschalter bei der neuartigen Leistungsendstufe entfallen.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist somit darin zu sehen, eine dreiphasige Leistungsendstufe zu schaffen, die vollständig abschaltbar ist und somit den Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 genügt. Hierzu ist erforderlich, dass jeder Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe abgeschaltet werden kann.
Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, die elektrische Belastung der eingesetzten Halbleiterschalter im abgeschalteten Betrieb der Leistungsendstufe zu verringern. Hierzu wird eine besondere Wendeschalteinrichtung verwendet, bei der beispielsweise zwei jeweils zwei Schaltkontakte aufweisende Relais parallel zwischen zwei Leiter geschaltet sind, derart, dass bei einer vorbestimmten Schaltkontaktstellung die beiden Leiter aufgetrennt sind. Ein Stromfluss durch diese beiden Leiter wird demzufolge nicht, wie beim Stand der Technik, allein durch die verwendeten Halbleiterschalter, sondern hauptsächlich durch die elektromechanischen Schaltkontakte der Wendeschalteinrichtung blockiert .
Danach ist eine dreiphasige Leistungsendstufe zum Ansteuern wenigstens einer Last, insbesondere eines Drehstrommotors vorgesehen, der einen ersten, zweiten und dritten Leiter aufweist. Eingangsseitig kann die dreiphasige Leistungsendstufe mit einer Drehstromversorgungseinrichtung
verbunden werden. Damit die dreiphasige Leistungsendstufe den Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 sowie der Kategorie O-Stop oder 1-Stop genügen kann, ist jedem Leiter wenigstens ein Schaltkontakt zum Öffnen und Schließendes jeweiligen Leiters zugeordnet. Um das dreiphasige
Abschalten der Leistungsendstufe sicherer gewährleisten zu können, werden wenigstens zwei der Schaltkontakte, die verschiedenen Leitern zugeordnet sind, unabhängig voneinander angesteuert.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Wenigstens ein Schaltkontakt in jedem Leiter ist einem elektromagnetischen Schaltelement zugeordnet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei Verwendung von Halbleiterschaltern, zum Beispiel in dem zweiten und dritten Leiter, die Leiter mechanisch unterbrochen werden können. Da der Antrieb im abgeschalteten Zustand energiefrei ist, gibt es gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Leistungsendstufe keine berührgefährlichen Spannungen.
Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten und dritten Leiter ein erstes Schaltelement mit einem ersten und zweiten Schaltkontakten geschaltet, wobei der erste Schaltkontakt parallel zu einem der Halbleiterschalter und der zweite Schaltkontakt parallel zum anderen Halbleiterschalter geschaltet sind. Bei dem ersten und zweiten Schaltkontakt kann es sich jeweils um den erwähnten ansteuerbaren Schaltkontakt gemäß Anspruch 1 handeln.
Bei den Halbleiterschaltern kann es sich um Triacs, das sind Wechselstromschalter handeln, deren Zündenergie von einer Einrichtung bereitgestellt wird, die an eine Netzspannung angeschlossen ist. Die Einrichtung zum
Bereitstellen der Zündenergie ist derart ausgebildet, dass sie die Halbleiterschalter für eine vorbestimmte Zeit im gezündeten Zustand hält, auch wenn zwischendurch der erste und zweite Schaltkontakt des ersten Schaltelements angesteuert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass das zwischen dem zweiten und dritten Leiter angeordnete erste Schaltelement nahezu verschleißfrei geschaltet wird.
Um die Sperrspannung, die im abgeschalteten Zustand der dreiphasigen Leistungsendstufe an den Halbleiterschalter anliegt, reduzieren zu können - üblicherweise liegen 1000 V Sperrspannung an den Halbleiterschaltern an - ist zwischen zwei Leitern eine Wendeschalteinrichtung geschaltet, die zwei unabhängig voneinander ansteuerbare, jeweils einen ersten und zweiten Schaltkontakt aufweisende zweite
Schaltelemente enthält, wobei die ersten Schaltkontakte der Schaltelemente an dem einen Leiter und die zweiten Schaltkontakte der Schaltelemente an dem anderen Leiter angeschaltet sind. In einer vorbestimmten Stellung der ersten und zweiten Schaltkontakte wird der Stromfluss durch die beiden Leiter gesperrt. Demzufolge lastet die Sperrfunktion nicht mehr ausschließlich bei den Halbleiterschaltern, sondern wird durch mechanische Schalter unterstützt. Demzufolge kann die Leistungsendstufe gegenüber der bekannten Leistungsendstufe nach Fig. 1 stromlos abgeschaltet werden.
Gemäß einer ersten Alternative sind die ersten Schaltkontakte der zweiten Schaltelemente der Wendeschalteinrichtung an dem zweiten Leiter und die zweiten Schaltkontakte der zweiten Schaltelemente an dem dritten Leiter angeschaltet.
Vorzugsweise wird bei der ersten Alternative ein drittes Schaltelement mit wenigstens zwei Schaltkontakten an den
ersten Leiter angeschlossen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass in jedem Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe mindestens zwei Schaltkontakte vorgesehen sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die dreiphasige Leistungsendstufe die Stop-Kategorie 0 und Stop-Kategorie 1-Bedingungen erfüllt. Denn selbst bei Ausfall eines Schaltkontaktes ist ein sicheres dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe immer noch möglich.
Eine alternative Verschaltung der Wendeschalteinrichtung sieht vor, dass die ersten Schaltkontakte der beiden zweiten Schaltelemente an dem ersten Leiter und die zweiten Schaltkontakte der beiden zweiten Schaltelemente an dem dritten Leiter angeschaltet sind.
Der Sicherheitsgrad kann beim Abschalten der Leistungsendstufe gemäß der zweiten Alternative gegenüber der ersten Alternative dadurch gesteigert werden, dass ein drittes Schaltelement mit einem ersten und zweiten Schaltkontakt vorgesehen ist, wobei der erste Schaltkontakt an den ersten Leiter und der zweite Schaltkontakt an den zweiten Leiter angeschlossen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass in jedem Leiter jeweils zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Schaltkontakte und Halbleiterschalter vorgesehen sind.
Dadurch, dass in der Leistungsendstufe vorzugsweise nur Relais mit jeweils zwei Schaltkontakten eingesetzt werden, bleibt die Anzahl verwendeter Relais gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Leistungsendstufe bei deutlich verbesserter Sicherheit gleich.
Herkömmlicherweise sind die Halbleiterschalter durch jeweils eine Schutzeinrichtung vor Überspannungen und anderen elektrischen Störungen geschützt. An dieser Stelle
sei darauf hingewiesen, dass die besondere Verschaltung der Wendeschalteinrichtung und die Verwendung eines elektromechanischen Schaltelements, dessen beide Schaltkontakte entweder in dem Leiter 1 oder jeweils in dem ersten und zweiten Leiter angeschlossen sind, einen Einsatz von Halbleiterschaltern auch ohne Schutzschaltungen ermöglichen .
In an sich bekannter Weise kann zwischen den drei Leitern eine Schutzschaltung gegen Überspannungen geschaltet sein.
Zum ordnungsgemäßen An- und Abschalten der dreiphasigen Leistungsendstufe ist eine Steuereinrichtung, gegebenenfalls auch eine programmierbare Steuereinrichtung, zum Ansteuern der Schaltelemente und Halbleiterschalter vorgesehen .
Um beim Auftreten eines Fehlers die dreiphasige Leistungsendstufe schnell und zuverlässig abschalten zu können, ist eine Überwachungseinrichtung vorgesehen, die den in den Leitern fließenden Strom, die zwischen den Leitern anliegende Ausgangsspannungen und/oder die Laufrichtung wenigstens eines angeschlossenen Drehstrommotors überwachen kann, wobei die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf die
Überwachungseinrichtung die jeweiligen Schaltelemente und Halbleiterschalter ansteuert.
Das eingangs genannte technische Problem wird ebenfalls durch eine Wendeschaltanordnung gelöst, die insbesondere für eine dreiphasige Leistungsendstufe vorgesehen ist. Die Wendeschaltanordnung weist zwei unabhängig voneinander ansteuerbare, jeweils einen ersten und zweiten Schaltkontakt aufweisende Schaltelemente auf. Die ersten Schaltkontakte der Schaltelemente sind an einen ersten
Leiter und die zweiten Schaltkontakte an einen zweiten Leiter angeschaltet. Die Verschaltung und Anordnung der Schaltkontakte ist derart gewählt, dass in einer vorbestimmten Stellung der ersten und zweiten Schaltkontakte der Stromfluss durch die angeschlossenen Leiter gesperrt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen eines periodischen Analogsignals vorgesehen, welche ebenfalls in dem Sicherheitsschaltgerät integriert werden kann.
Der Schutz elektrischer Antriebe, wie zum Beispiel Motoren, gegen Überströme oder Überspannungen erfolgt heute vornehmlich durch mechanische Überwachungselemente auf Basis von Bimetallen. Die Auslösecharakteristik von mechanischen Bimetallen wird dabei durch die verwendeten Metalle sowie den Wärmeübertragung der vom Motorstrom durchflossenen Glühkerzen bestimmt. Obwohl temperaturabhängige Kompensationsschaltungen eingesetzt werden, kann das Auslöseverhalten mechanischer Bimetalle durch Schwankungen der Umgebungstemperatur verfälscht werden. Darüber hinaus sind derartige mechanische Überwachungselemente extrem anfällig gegenüber Verschmutzungen und Verschleiß ihrer Komponenten, so dass Überwachungselemente häufig geprüft und gewartet werden müssen .
Demzufolge wurden in den vergangenen Jahren immer häufiger elektronische Bimetallschalter als Überwachungselemente eingesetzt. Diese arbeiten wesentlich präziser und haben im Vergleich zu mechanischen Überwachungselementen keinen nennenswerten Verschleiß und sind unempfindlicher gegenüber äußeren Beeinflussungen.
Allerdings werden bei der Verwendung elektronischer Bimetallschalter Messgeräte eingesetzt, die bei der Auslösung der elektronischen Bimetallschalter erforderlich sind. Die eingesetzten Messgeräte müssen unter anderem den sogenannten „Inrush" erfassen können, der das Siebenfache des Motornennstroms betragen kann, und ferner auch im Nennstrombereich eines Motors noch eine ausreichende Auflösung und Genauigkeit besitzen. Demzufolge ist eine aufwendige und komplexe Dimensionierung der Messgeräte erforderlich, damit sie Ströme innerhalb eines möglichst großen Strombereichs, d. h. Nennströme und Überströme erfassen können. Dies führt zu sehr großen und teuren Messgeräten, da insbesondere die Stromwandler entsprechend überdimensioniert werden müssen.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, eine Messvorrichtung und ein Messverfahren bereit zu stellen, mit denen beim Auftreten insbesondere eines Überstroms dessen Spitzenamplitude unter Berücksichtigung einer bekannten Kurvenform geschätzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, Messgeräte auch außerhalb des vorgegebenen Mess- oder Arbeitsbereichs zu betreiben, auch wenn das Messgerät nur für Nennströme, die innerhalb des vorgegebenen Messbereichs liegen, dimensioniert ist.
Der Erfindung liegt somit ferner die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die für den Nennstrombereich einer elektrischen Einrichtung ausgelegt sind und demzufolge mit kostengünstigen elektrischen und elektromagnetischen Baukomponenten aufgebaut werden können und dennoch Überströme erfassen können.
Danach ist eine Messvorrichtung zum Messen eines periodischen analogen Signals vorgesehen, dessen Amplitude außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen kann. Die Messvorrichtung weist eine Einrichtung zum Ermitteln der Zeitdauer, während der die Amplitude des zu messenden Analogsignals betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, sowie eine Auswerteeinrichtung auf, die aus der ermittelten Zeitdauer und der Signalform, insbesondere der Signalfrequenz des zu messenden Analogsignals dessen maximale Amplitude berechnet .
An dieser Stelle sei erwähnt, dass unter „vorbestimmten Arbeitsbereich" der Bereich zu versehen ist, innerhalb dessen Messsignale das Messgerät, d. h. ein oder mehrere elektrische Komponenten, aus denen das Messgerät aufgebaut ist, nicht in die Sättigung fahren und somit in herkömmlicher Weise gemessen werden können. Der Begriff „betragsmäßig größer" berücksichtigt den Umstand, dass ein periodisches Analogsignal einen maximalen und minimalen
Spitzenwert aufweist, der über- bzw. unterschritten werden kann .
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteraήsprüche .
Zweckmäßigerweise weist die Ermittlungseinrichtung der Messvorrichtung eine Abtasteinrichtung zum Abtasten des zu messenden Analogsignals mit einer Abtastfrequenz sowie eine Einrichtung zum Erfassen und Zählen von aufeinander folgenden Abtastwerten auf, welche betragsmäßig größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind. In diesem Fall ist die Auswerteeinrichtung zum Berechnen der maximalen Amplitude des Analogsignals in Abhängigkeit von der Anzahl
der gezählten Abtastwerte, der Abtastfrequenz und der Signalfrequenz ausgebildet.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Schwellwert zum Beispiel der obere und/oder untere Grenzwert des vorbestimmten Arbeitsbereichs der Messvorrichtung sein kann, innerhalb dessen eine herkömmliche Messung des Analogsignals möglich ist. Allerdings kann der Schwellwert auch um einen vorbestimmten Betrag betragsmäßig kleiner als der obere und/oder untere Grenzwerte sein.
Handelt es sich bei dem Analogsignal um ein sinusförmiges Signal mit einer vorbestimmten Signalfrequenz, so kann die Auswerteeinrichtung den maximalen Amplitudenwert unter Verwendung der Gleichung
berechnen. In der Gleichung ist TAB der Kehrwert der Abtastfrequenz, N die Anzahl gezählter Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind, und T die Periodendauer des zu messenden Analogsignals ist.
Um die Rechenleistung der Auswerteeinrichtung reduzieren zu können, ist eine alternative Messvorrichtung vorgesehen, wie sie in Anspruch 4 umschrieben ist.
Danach weist die Messvorrichtung eine Einrichtung zum Abtasten des Analogsignals mit einer Abtastfrequenz auf. Ferner ist eine Einrichtung zum Erfassen und Zählen von aufeinander folgenden Abtastwerten, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind,
vorgesehen. In einer Speichereinrichtung sind der maximale, außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegende Amplitudenwert mehrerer Referenzsignale und die jeweils dazu gehörende Anzahl von gezählten Abtastwerten, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, abgelegt. Ferner weist die Messvorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, die unter Ansprechen auf die von der Erfassungs- und Zähleinrichtung ermittelte Anzahl von Abtastwerten den dazu gehörenden maximalen Amplitudenwert aus der Speichereinrichtung ausliest. Hierzu kann die ermittelte Anzahl als Speicheradresse verwendet. An dieser Stelle sei betont, dass es sich bei dem maximalen Amplitudenwert um einen berechneten Amplitudenwert handelt, der als Schätzwert für den tatsächlichen maximalen Amplitudenwert anzusehen ist, welcher ein zu messendes Signal, welches außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, hat.
Um die Abtastwe,rte digital auswerten zu können, ist ein AD- Umsetzer zum Umsetzen der Abtastwerte in entsprechende Digitalwerte vorgesehen.
Der maximale Amplitudenwert kann um so genauer berechnet werden, je höher die Abtastfrequenz des Abtasteinrichtung gewählt wird. Gleichzeitig nimmt jedoch der Rechenaufwand zu. Demzufolge ist es zweckmäßig, dass die Abtastfrequenz einstellbar ist.
Die in den Ansprüchen umschriebene Messvorrichtung kann in einer gegen Überströme gesicherten Vorrichtung, insbesondere bei elektrischen Antrieben, zum Einsatz kommen, wobei die gegen Überströme gesicherte Vorrichtung eine Auslöseeinrichtung aufweist, die unter Ansprechen auf den berechneten maximalen Amplitudenwert die Vorrichtung ausschalten kann.
Das obengenannte technische Problem wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Messen eines periodischen Analogsignals gelöst, dessen Amplitude außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen kann, zur Verfügung gestellt.
Zunächst wird die Zeitdauer, während der die Amplitude des zu messenden Analogsignals betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist, ermittelt. In Abhängigkeit von der ermittelten Zeitdauer und der Signalform, insbesondere der Signalfrequenz des zu messenden Messsignals, wird dann die maximale Amplitude des zu messenden Analogsignals, welches außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, berechnet.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Zeitdauer kann ermittelt werden, indem das zu messende Analogsignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet wird. Aufeinander folgende Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, werden dann gezählt. In Abhängigkeit von der Anzahl der gezählten Abtastwerte, der Abtastfrequenz und der Signalfrequenz wird die maximale Amplitude des Analogsignals berechnet.
Um den schaltungstechnischen Aufwand und den Zeitaufwand beim Berechnen des maximalen Amplitudenwertes zu reduzieren, werden vorab für mehrere Referenzsignale jeweils die maximale Amplitude, welche außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, und die dazu gehörende Anzahl von Abtastwerten, die betragmäßig größer oder gleich einem Schwellenwert sind, ermittelt und gespeichert. Nunmehr wird ein zu messendes Analogsignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet. Die aufeinander folgenden
Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind, werden gezählt, und der zur Anzahl der gezählten Abtastwerte gehörende maximale Amplitudenwert wird ausgelesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen werden für gleiche Bauteile oder Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
Fig. 1 ein Sicherheitsschaltgerät gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine dreiphasige Leistungsendstufe nach dem Stand der Technik, Fig. 3 eine gezeigte dreiphasige Leistungsendstufe gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine alternative dreiphasige Leistungsendstufe gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer dreiphasigen Leistungsendstufe gemäß der Erfindung ohne
Verwendung einer Wendeschalteinrichtung, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Messgeräts nach der
Erfindung,
Fig. 7 ein abgetastetes Messsignal innerhalb des ' zulässigen Messbereichs,
Fig. 8 ein abgetastetes Messsignal, das außerhalb des zulässigen Messbereichs liegt, Fig. 9 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer zweikanaligen symmetrischen Sicherheitsvorrichtung gemäß dem Stand der
Technik, Fig. 10 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer
Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
Fig. 11 den zeitlichen Verlauf des Überwachungssignals, welches die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung der in Fig. 10 gezeigten Sicherheitsvorrichtung erzeugt, Fig. 12 den prinzipiellen Schaltungsaufbau der in Fig. 10 gezeigten zweiten Steuereinrichtung,
Fig. 13 eine alternative Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 14 den prinzipiellen Schaltungsaufbau der in Fig. 13 gezeigten zweiten Steuereinrichtung, Fig. 15a bis Fig. 15i verschiedene Signalverläufe innerhalb der in
Fig. 14 gezeigten Schaltungsanordnung an vorbestimmten Punkten während eines fehlerfreien Betriebs, Fig. 16a bis
Fig. 16i verschiedene Signalverläufe innerhalb der in Fig. 14 gezeigten Schaltungsanordnung an vorbestimmten Punkten während eines fehlerhaften Betriebs, und Fig. 17a bis
Fig. 17i verschiedene Signalverläufe innerhalb der in Fig. 14 gezeigten Schaltungsanordnung an vorbestimmten Punkten während eines fehlerhaften Betriebs.
In Figur 1 ist das Blockschaltbild eines beispielhaften Sicherheitsschaltgerät 900 dargestellt, dessen Komponenten in einem Gehäuse untergebracht sein können. Das Sicherheitsschaltgerät 900 weist eine erste
Anschlusseinrichtung 910 auf, über die das Sicherheitsschaltgerät 900 beispielsweise an ein dreiphasiges Energieversorgungsnetz (nicht dargestellt) angeschaltet werden kann. Die drei mit dem Energieversorgungsnetz verbundenen Eingangsleiter sind in Figur 1 mit Ll, L2 und L3 bezeichnet. Die drei Leiter Ll, L2 und L3 sind mit einer Leistungsendstufe 200 verbunden, deren drei ausgangsseitigen Leiter Tl, T2 und T3 bezeichnet sind. Die drei ausgangseitigen Leiter sind mit einer zweiten Anschlusseinrichtung 920 verbunden, an die eine sicherheitstechnische Einrichtung, beispielsweise ein Drehstrommotor angeschlossen werden kann. Denkbar ist es, dass an das Sicherheitsschaltgerät 900 auch mehrere sicherheitstechnische Einrichtungen, wie z. B. ein- oder weitere mehrphasige Antriebe angeschlossen werden können. Dementsprechend ist die verwendete Leistungsendstufe ein- oder mehrphasig ausgebildet. Die Leistungsendstufe 200 ist der einfachen Darstellung wegen nur schematisch dargestellt. Die Leistungsendstufe 200 wird später im Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert. An dieser Stelle sei angemerkt, dass anstelle der in Fig. 3 dargestellten Leistungsendstufe auch die in Fig. 4 dargestellte Leistungsendstufe 400 eingesetzt werden kann.
In die ' Eingangsleiter Ll, L2 und L3 ist eine Einrichtung
930 mit Stromwandlern in den Leitern Ll und L3 geschaltet, die den analogen Strom in den Leitern Ll und L3 einer Messeinrichtung 610 zuführen. Die Messeinrichtung 610 kann Bestandteil einer programmierbaren Steuereinheit, zum Beispiel eines Mikrokontrollers oder Mikroprozessors 822 einer Steuereinrichtung 820 sein. Sie kann jedoch auch als separates Funktionsmodul ausgebildet sein. Bei der Messeinrichtung 610 handelt es sich vorzugsweise um die in Verbindung mit den Fig. 6 bis 8 erläuterte Messeinrichtung 610. Hauptaufgabe der Messeinrichtung ist darin zu sehen,
festzustellen, ob die Amplitude der Ströme in den Leitern Ll und L3 außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen. Wenn dies der Fall ist, steuert der Mikroprozessor 822 über einen Schalttransistor 828 die Leistungsendstufe 200 ab, um den angeschalteten Drehstrommotor von dem nicht dargestellten Energieversorgungsnetz zu trennen. Wie in der Figur 1 schematisch dargestellt, ist der Schalttransistor 828 mit einem Übertrager 270 der Leistungsendstufe 200 verbunden. Die Mikroprozessor gesteuerte Steuereinrichtung 820 wird später anhand der Figuren 13 und 14 detaillierter beschrieben. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in die Leiter Ll und L3 Spannungswandler einzuschleifen, die Leiterspannungen der Messeinrichtung 610 zuführen. Die Messeinrichtung 610 kann derart ausgebildet sein, dass sie aus den empfangenen Spannungssignalen durch die
Multiplikation mit den zugehörigen Stromsignalen die Wirkleistung ermittelt und prüft, ob die Wirkleistungen innerhalb oder außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen. Die tatsächlichen Werte des Arbeitsbereiches und die Zeitdauer, wie lange die Stromamplituden außerhalb des vorbestimmten
Arbeitsbereiches liegen dürfen, ohne dass eine Abschaltung des Drehstrommotors erfolgt, können von einer Bedienperson eingestellt werden.
Weiterhin umfasst das Sicherheitsschaltgerät 900 eine weitere Steuereinrichtung 840 die einen Demodulator 840 und einen Schalttransistor 850 aufweist, der mit einem anderen Ende des Übertragers 270 der Leistungsendstufe 200 verbunden ist. Sowohl die Mikroprozessor gesteuerte
Steuereinrichtung 820 als auch die Steuereinrichtung 840 sind Bestandteile einer mehrkanaligen
Sicherheitsvorrichtung 810, die weiter unten anhand der Figuren 13 und 14 näher erläutert wird. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass anstelle der Steuereinrichtungen 820
und 840 auch die Steuereinrichtungen 770 und 780 der in Fig. 10 dargestellten Sicherheitsvorrichtung 750 verwendet werden können. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hin gewiesen, dass die in den Figuren 10 und 13 dargestellte Ausgangsstufe 790 zum Beispiel der in dem
Sicherheitsschaltgerät eingesetzten Leistungsendstufe 200 entspricht .
Dem Mikroprozessor 822 der ersten Mikroprozessor gesteuerten Steuereinrichtung 820 ist ein Modulator 824 zugeordnet, dessen Ausgangssignal über einen digitalen Ausgang einer Schnittstelle 940 einer extern an das Sicherheitsschaltgerät 900 angeschlossenen Eingangsstufe 760 zugeführt wird. Man beachte, dass es sich bei dieser Eingangsstufe um die in den Figuren 10 und 13 dargestellte Eingangsstufe 760 der Sicherheitsvorrichtung 750 bzw. 810 handeln kann. Das Ausgangssignal der zweiten Steuereinrichtung 840 wird ebenfalls dem Mikroprozessor 822 zugeführt, der unter Ansprechen auf das empfangene Ausgangssignal die ordnungsgemäße Funktionsweise der zweiten Steuereinrichtung 840 überprüfen kann. Der Mikroprozessor 822 erzeugt in Verbindung mit dem Modulator 824 ein Überwachungssignal, welches signalisiert, ob die beiden Steuereinrichtungen 820 und 840 ordnungsgemäß arbeiten. Um sicherstellen zu können, dass der an das
Sicherheitsschaltgerät 900 angeschaltete Drehstrommotor in einen sicheren Zustand gefahren werden kann, wenn entweder Schaltungskomponenten des Sicherheitsschaltgerätes 900, insbesondere die Steuereinrichtungen 820 und 840, defekt sind, oder von extern beispielsweise ein in der
Eingangsstufe 760 implementierter Notausschalter 765 betätigt wird, wird sowohl das Eingangssignal des Notauschalters 765 als auch das Ausgangssignal des Modulators 824 einer Verknüpfungseinrichtung 762, welche beispielsweise ein Und-Gatter sein kann, zugeführt. Das
Ausgangssignal der Verknüpfungseinrichtung 762 der Eingangsstufe 760 wird über eine Verbindung 63 einem digitalen Eingang einer Schnittstelle 945 des Sicherheitsschaltgerätes 900 zugeführt. Über die Schnittstelle 945 gelangt das Eingangssignal über einer Verbindung 63' zum Demodulator 830 der zweiten Steuereinrichtung 840 und zum Mikroprozessor 822. Erkennt der Demodulator 830 der Steuereinrichtung 840 oder der Mikroprozessor 822 der Steuereinrichtung 820, dass das vom Modulator 824 erzeugte Überwachungssignal einen
Systemfehler signalisiert und/oder der Notausschalter 762 betätigt worden ist, so werden die jeweiligen Schalttransitoren 828 und 850 angesteuert, um die Leistungsendstufe 200 aufzutrennen, so dass die Energieversorgung über die Leiter Ll, L2 und L3 zu den
Ausgangsleitern Tl, T2 und T3 und somit zum angeschlossenen Drehstrommotor unterbrochen wird.
An dieser Stelle sei angeführt, dass die in Fig. 1 gezeigte Eingangsstufe 760 lediglich der einfachen Darstellung wegen nur einen Schalter 765 enthält, der einen Notausschalter symbolisiert. Denkbar ist auch, einen Notausschalter mit mehreren Schaltern zu verwenden, wobei die Schalter in diesem Fall jeweils mit einem separaten Ausgang der Schnittstelle 940 und einem separaten Eingang der
Schnittstelle 945 verbunden sein können. Ferner ist denkbar, dass die Eingangsstufe 760 alternativ oder zusätzlich zu einem Notausschalters, eine Schutztür, und/oder einen Zweihand-Schalter aufweisen kann. Je nach Ausführungsform werden die jeweiligen Ausgangssignale mit dem Überwachungssignal des Modulators 824 der Mikroprozessor gesteuerten Steuereinrichtung 828 in der Verknüpfungseinrichtung 762 verknüpft, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.
Dank dieser besonderen Maßnahmen ist das
Sicherheitsschaltgerät 900 in der Lage, eine komplexe und vielfältige sicherheitstechnische Überwachung einer an das Sicherheitsschaltgerät 900 angeschalteten sicherheitstechnischen Einrichtung, beispielsweise eines Drehstrommotors zu übernehmen. In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform sind die Anschlußeinrichtungen 910 und 920, die Leistungsendstufe 200, die Bauteile der Steuereinrichtung 820 und 850 sowie die Schnittstellen 940 und 945 auf einer Leiterplatte (nicht dargestellt angeordnet. Demzufolge muß bei der Implementierung einer Anlage mit sicherheitstechnischen Einrichtungen lediglich dafür gesorgt werden, dass die sicherheitstechnische Einrichtung mit dem Sicherheitsschaltgerät 900 verbunden wird. Die Bedienperson muß sich nicht darum kümmern, wie die sicherheitstechnische Einrichtung an die jeweiligen Motorschutzschalter und Schutzrelais und ggfs. an einen Notauschalter angeschlossen werden muß. Die Gefahr von Fehlverdrahtungen ist somit deutlich gegenüber den bekannten Maßnahmen reduziert.
Weiterhin kann die Schnittstelle 945 zwei digitale Eingänge aufweisen, an die zwei Leitungen R und L angeschlossen sind, über die Steuersignale für den Rechts- oder Linkslauf eines Drehstrommotors angelegt werden können. Die Steuersignale werden ebenfalls dem Mikroprozessor 822 zugeführt, der die Leistungsendstufe entsprechend ansteuert. Die einzelnen Verbindungsleitungen sind der bessere Übersichtlichkeit wegen nicht in der Figur 1 dargestellt. Weiterhin weist die Schnittstelle 945 einen weiteren Eingang Rl auf, an den ein nicht dargestellter Reset-Taster angeschlossen werden kann. Beispielsweise kann die Flanke eines angelegten Resetsignals vom Mikroprozessor 822 detektiert werden, der daraufhin die Leistungsendstufe
200 ansteuert, um nach Abschaltung des Drehstrommotors infolge eines Fehlers den Drehstrommotor wieder in Betrieb zu nehmen.
Dreiphasige Leistungsendstufe
Fig. 3 zeigt die dreiphasige Leistungsendstufe mit drei Leitern 210, 211 und 212, die in dem Sicherheitsschaltgerät 900 eingesetzt werden kann. Die zu einer nicht dargestellten Drehstromversorgungseinrichtung weisenden
Leiterenden tragen in herkömmlicherweise die Bezeichnungen Ll, L2 und L3, während die entfernten Leiterenden die üblichen Bezeichnungen Tl, T2 und T3 tragen. In der Nähe der Leiterenden Ll, L2 und L3 befindet sich zwischen den drei Leitern 210, 211 und 212 eine an sich bekannte
Überspannungsschutzschaltung 220, die ähnlich der in Fig. 2 gezeigten Schutzschaltung 40 aufgebaut sein kann. Zwischen den Leitern 210 und 211 ist ein elektromechanisches Schaltelement 230 geschaltet, welches im vorliegenden Beispiel ein Relais mit zwei Schaltkontakten 231 und 232 ist. Der Schaltkontakt 231 ist in den Leiter 210 geschaltet, während der Schaltkontakt 232 in den Leiter 211 geschaltet ist. Ein zweites elektromechanisches Schaltelement 240, welches im vorliegenden Beispiel wiederum ein Relais ist, ist zwischen dem Leiter 211 und dem Leiter 212 geschaltet. Das Relais 240 weist wiederum zwei Schaltkontakte 241 und 242 auf. Der Schaltkontakt 241 ist in den Leiter 211 geschaltet, während der Schaltkontakt 242 in den Leiter 212 geschaltet ist. Parallel zum Schaltkontakt 241 ist eine allgemein mit 250 bezeichnete Schalteinrichtung geschaltet, die als Halbleiterschaltelement einen Triac, also einen Wechselstromschalter, und eine dazu parallel geschaltete Reihenschaltung aus einem Widerstand 252 und einem Kondensator 253 aufweist, welche als Schutzschaltung für
den Triac 251 fungiert. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die besondere Schaltungsanordnung der dreiphasigen Leistungsendstufe 200 dazu führt, dass die Schutzschaltung nicht erforderlich ist. Der Grund hierfür wird weiter unten näher ausgeführt.
In ähnlicher Weise ist parallel zum Schaltkontakt 242 eine Schalteinrichtung 260 geschaltet, die ebenfalls einen Halbleiterschalter 261, welcher als Triac ausgebildet ist, aufweist. Ferner ist eine optionale Schutzschaltung parallel zu dem Halbleiterschalter 261 geschaltet. Die Schutzschaltung enthält wiederum beispielsweise einen Kondensator 263 und einen Widerstand 262. Die Zündenergie für die Triacs 251 und 261 wird beispielsweise von einem Übertrager 270 geliefert, der an einer Wechselspannung angeschlossen sein kann. In an sich bekannter Weise kann Die Zündenergie für die Triacs 251 und 261 kann in an sich bekannter Weise auch von einem Opto-Triac bereitgestellt werden. Als Halbleiterschalter 251 und 261 können anstelle von Triacs auch antiparallele Thyristoren verwendet werden.
Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, dass ein Vorteil der in Fig. 3 gezeigten dreiphasigen Leistungsendstufe gegenüber der in Fig. 2 gezeigten bekannten Leistuήgsendstufe darin zu sehen ist, dass als
Halbleiterbauelemente für die Halbleiterschalter 251 und 261 kostengünstigere Bauteile verwendet werden können, da die Halbleiterschalter 261 und 251 lediglich einer Sperrspannung von etwa 800 V ausgesetzt werden, während die Halbleiterschalter 60 und 90 Sperrspannungen von etwa
1200 V standhalten müssen. Ein Grund hierfür ist darin zu sehen, dass die Wendeschutzschaltung 100 gemäß der in Fig. 2 gezeigten Leistungsendstufe lediglich die Laufrichtung eines angeschlossenen, nicht dargestellten, Drehstrommotors steuert. Im Unterschied dazu wird in der
Leistungsendstufe 200 nach Fig. 3 eine
Wendeschalteinrichtung 280 verwendet, die nicht nur die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors wechseln kann, sondern auch der Abschaltung der Leistungsendstufe dient. Hierzu weist die Wendeschalteinrichtung 280 zwei elektromechanische Schaltelemente 290 und 295 auf, die parallel zwischen die Leiter 210 und 212 geschaltet sind. Beide Schaltelemente sind beispielsweise jeweils als Relais ausgebildet. Das Relais 290 weist zwei Schaltkontakte 291 und 292 auf, wobei der Schaltkontakt 291 an den Leiter 210 und der Schaltkontakt 292 an den Leiter 212 angeschaltet ist. Das Relais 295 weist ebenfalls zwei Schaltkontakte 296 und 297 auf. Der Schaltkontakt 296 ist mit dem Anschluss Tl des Leiters 210 verbunden, während der Schaltkontakt 297 mit dem Anschluss T3 des Leiters 212 verbunden ist.
Dadurch, dass die Schaltelemente 290 und 295 zwischen den Leitern 210 und 212 angeordnet sind, können deren Schaltkontakte gegensinnig angesteuert werden, derart, dass die Wendeschaltung 280 in der dargestellten Stellung der Schaltkontakte 291, 292, 296 und 297 die Leiter 210 und 212 auftrennt. Ein Stromfluss durch die Leiter 210 und 212 wird somit mechanisch unterbrochen. Ein Stromfluss vom Leiteranfang Ll zum Leiterausgang T3 beziehungsweise vom Leiteranfang L3 zum Leiterausgang Tl wird dadurch erreicht, dass die Schaltkontakte 296 und 297 des Relais 295 nach innen geschaltet werden und dadurch mit gekreuzten Leiterabschnitten 302 bzw. 303 verbunden werden.
Werden hingegen die Schaltkontakte 291 und 292 des Relais 290 nach außen geschaltet, kontaktieren sie mit den Schaltkontakten 296 und 297 des Relais 295 die Leiterabschnitte 300 bzw. 301. Diese Stellung der Schaltkontakte sorgt für einen Stromfluss durch die Leiter 210 und 212 ermöglicht, sofern der Schaltkontakte 231 sowie
der Schaltkontakt 242 geschlossen und/oder der Triac 261 gezündet ist.
Dank des Relais 230, der besonderen Verschaltung der Wendeschalteinrichtung 280 zwischen den Leitern 210 und 212, des Relais 240, welches in die Leiter 211 und 212 geschaltet ist, sowie der Halbleiterschalter 251 und 261, sind die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 für dreiphasige Leistungsendstufen sichergestellt, da ein dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 200 möglich ist. Ferner befinden sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in jedem Leiter zumindest zwei mechanische Schaltkontakte, die sicheres Abschaltung der Leistungsendstufe auch dann erreichen werden, wenn ein Schaltkontakt oder ein Halbleiterschaltelement defekt ist. Da, wie bereits erwähnt, die Wendeschalteinrichtung 280 im Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten
Wendeschalteinrichtung 100 eine Abschaltfunktionalität für die Leiter 210 und 212 besitzt, und ferner in dem Leiter 211 ein separater Schaltkontakt 232 angeordnet ist, liegen im abgeschalteten Zustand an den Halbleiterschaltelementen 251 und 261 niedrigere Sperrspannungen an als an den Halbleiterschaltelementen 60 und 90 der in "Fig. 2 gezeigten Leistungsendstufe. Damit können kostengünstigere Bauelemente zur Realisierung der Halbleiterschaltelemente verwendet und auf eine Schutzbeschaltung verzichtet werden.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform einer dreiphasigen Leistungsendstufe dargestellt, die allgemein mit 400 bezeichnet ist. Ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Leistungsendstufe 200 weist die in Fig. 4 gezeigte Leistungsendstufe wiederum zumindest zwei mechanische Schaltkontakte in jedem Leiter auf. Auch die Leistungsendstufe 400 weist drei Leiter auf, die in Fig. 4 mit 410, 411 und 412 bezeichnet sind. Die Einspeisung der
Wechselströme in die Leiter 410, 411 und 412 erfolgt beispielsweise über Übertrager 420, 421 und 422. Eingangsseitig ist ähnlich zu der in Fig. 3 dargestellten Leistungsendstufe 200 eine Überspannungsschutzschaltung 430 zwischen den Leitern 410, 411 und 412 angeschaltet. Ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Leistungsendstufe 200 ist zwischen den Leiter 411 und 412 ein elektromechanisches Schaltelement in Form eines Relais 430 geschaltet, welches zwei Schaltkontakte 431 und 432 aufweist. Der Schaltkontakt 431 befindet sich im Leiter 411, während der zweite
Schaltkontakt 432 sich im Leiter 412 befindet. Parallel zum Schaltkontakt 431 ist eine Schalteinrichtung 440 geschaltet, die ähnlich der in Fig. 3 dargestellten Schalteinrichtung 250 ein Halbleiterschaltelement, welches ein Triac sein kann, und optional eine Schutzschaltung aufweisen kann. In ähnlicher Weise parallel zum Schaltkontakt 432 eine Schalteinrichtung 445 geschaltet, die wiederum einen als Triac ausgebildeten Halbleiterschalter und optional dazu eine Schutzeinrichtung aufweisen kann. Im Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten Leistungsendstufe 200 ist in den Leiter 410 ein Relais 450 mit beispielsweise zwei Schaltkontakten 451 und 452 geschaltet. Im Unterschied zur Leistungsendstufe 200 nach Fig. 3 ist eine Wendeschalteinirchtung 460 nicht zwischen den ersten und dritten Leiter sondern zwischen den zweiten Leiter 411 und den dritten Leiter 412 geschaltet. Die Wendeschalteinrichtung 460 weist ähnlich der in Fig. 3 gezeigten Wendeschalteinrichtung 280 zwei elektromechanische Schaltelemente 470 und 475 in Form von Relais auf. Das Relais 470 weist wiederum zwei
Schaltkontakte 471 und 472 auf, wobei der Schaltkontakt 471 mit dem Leiter 411 verbunden ist, während der Schaltkontakt 472 mit dem Leiter 412 verbunden ist. In ähnlicher Weise weist das Relais 475 zwei Schaltkontakte 476 und 477 auf.
Der Schaltkontakt 476 ist mit dem Leiter 411 verbunden, während der Schaltkontakt 477 mit dem Leiter 412 verbunden ist. Die Wendeschalteinrichtung 460 weist weiterhin Leiterabschnitte 480, 481, 482 und 483 auf, an die die Schaltkontakte der Relais 470 und 475 angelegt werden können, um einen Wechsel des Stromflusses vom Leiter 411 zum Leiter 412 und umgekehrt, einen Durchfluss des Stroms durch die Leiter 411 und 412 sowie eine Sperrung des Stromflusses durch die Leiter 411 und 412 zu ermöglichen. Diese Funktionsweise wurde bereits an Hand der
Leistungsendstufe 200 ausführlich erläutert. Die Schaltkontakte 471 und 472 des Relais 470 sowie die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 können wiederum gegensinnig angesteuert werden können, so dass mit der in Fig. 4 gezeigten Stellung der Schaltkontakte die
Wendeschalteinrichtung 460 den Stromfluss durch die Leiter 411 und 412 mechanisch unterbrechen kann. Ausgangsseitig kann an die Leiter 410, 411 und 412 ein Spannungsdetektor 490 angeschlossen sein, über den die Ausgangsspannungen an den Leitern 410, 411 und 412 gemessen werden können. Hierzu bilden Widerstände 491 und 494 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 410 angeschlossen ist, Widerstände 492 und 495 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 411 angeschlossen ist, und Widerstände 493 und 496 einen Spannungsteiler, der an den Leiter 412 angeschlossen ist. In die Leiter 410, 411 und 412 kann jeweils ein Stromdetektor (nicht dargestellt) geschaltet sein, der den Strom in den jeweiligen Leitern messen kann. Die gemessenen Spannungs- und Stromwerte können einer Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 zugeführt werden. Ferner ist die Ablaufsteuerungs- und/oder Überwachungseinrichtung 405 mit den Schaltkontakten 431, 432, 451, 452, 471, 476, 472, 477 und den Halbleiterschaltern 440 und 445 verbunden. Die Schaltkontakte und Halbleiterschalter können gemäß einer programmierbaren Ablaufsteuerung oder unter
Ansprechen auf einen gemessenen Spannungs- und/oder Stromwert, der einen Fehler der Leistungsendstufe 400 anzeigt, angesteuert werden. Ebenfalls kann die Ablaufsteuerungs- und/oder Überwachungseinrichtung 405 die Laufrichtung eines angeschlossenen Drehstrommotors überwachen .
Für den Fall, dass ein angeschlossener Drehstrommotor nur in einer Laufrichtung betrieben werden soll, kann auf eine Wendeschalteinrichtung verzichtet werden. Eine entsprechende Leistungsendstufe ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die dreiphasige Leistungsendstufe 500 weist wiederum drei Leiter 510, 511 und 512 auf. Damit auch die Leistungsendstufe 500 die Anforderungen der Sicherheitskategorie 3 erfüllen kann, ist in jeden Leiter wenigstens ein Schaltkontakt 520, 531 und 532 geschaltet. Um ein gesichertes dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 500 ermöglichen zu können, können wenigstens zwei Kontakte unabhängig voneinander angesteuert werden. Im vorliegenden Beispiel sind die Schaltkontakte
531 und 532 Teil eines elektromechanischen Schaltelementes 530, welches an die Leiter 511 und 512 angeschlossen ist. Der mit dem Leiter 510 verbundene Schaltkontakt 520 ist Bestandteil eines separaten Schaltelementes. Demzufolge kann der Schaltkontakt 520 gesondert und unabhängig von den Schaltkontakten 531 und 532 angesteuert werden. Um ein sicheres dreiphasiges Abschalten der Leistungsendstufe 500 auch bei Ausfall eines Schaltkontaktes gewährleisten zu können, sind in jedem Leiter zwei Schaltstufen vorgesehen. Die erste Schaltstufe enthält die Schaltkontakte 520, 531 und 532. Die zweite Schaltstufe weist einen Schaltkontakt 540 im Leiter 512, einen Schaltkontakte 551 im Leiter 510 und einen Schaltkontakt 552 im Leiter 511 auf. Parallel zu den Schaltkontakten 551 und 552 können Halbleiterschalter 560 und 570 geschaltet sein, die vorzugsweise wieder aus
Triacs aufgebaut sind. Zweckmäßigerweise gehören die Schaltkontakte 551 und 552 zu einem Relais.
Die in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellten Leistungsendstufen zeichnen sich dank der Verwendung elektromechanischer Schaltelemente durch eine große Robustheit gegen Störungen und durch geringe thermische und elektrische Verluste der Halbleiterschalter aus.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der dreiphasigen Leistungsendstufe in Verbindung mit der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante näher erläutert.
Zunächst wird die Einschaltphase der Leistungsendstufe beschrieben. Im ersten Schritt werden über die
Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 die beiden Schaltkontakte 451 und 452 des Relais 450 geschlossen. Demzufolge besteht ein geschlossener Strompfad über den Leiter 410. Je nachdem, in welcher Laufrichtung ein angeschalteter Drehstrommotor betrieben werden soll, werden entweder die Schaltkontakte 471 und 472 des Relais 470 eingeschaltet, um einen Linkslauf zu erreichen, oder die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 geschaltet, um einen Rechtslauf des Drehstrommotors zu erreichen. Werden -die Schaltkontakt 471 und 472 nach innen geschaltet, so wird der in den Leiter 411 eingespeiste Wechselstrom über den Schaltkontakt 471 den Leiterabschnitt 481, den Schaltkontakt 477 zum Leiteranschluss T3 des Leiters 412 geführt, während ein in den Leiter 412 eingespeister Wechselstrom über den Schaltkontakt 472, den
Leiterabschnitt 482 über den Schaltkontakt 476 zum Leiteranschluss T2 des Leiters 411 geführt wird. Werden hingegen die Schaltkontakte 476 und 475 angesteuert, so findet kein Stromwechsel zwischen den Leitern 411 und 412 statt.
Nach etwa 20 ms werden die Halbleiterschalter 440 und 445 über eine nicht dargestellte Energieversorgungseinrichtung gezündet. Beispielsweise können die Halbleiterschalter 440 und 445 über den in Fig. 3 dargestellten Übertrager 270 mit Zündenergie versorgt werden. Nach weiteren 20 ms werden die Schaltkontakte 431 und 432 des Relais 430 geschlossen. Es sei darauf hingewiesen, dass die angegebenen Zeitspannen lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Vorzugsweise sind die Zeitdauern sogar kürzer. Ebenfalls ist es denkbar, die Schaltkontakte 431 und 432 gleichzeitig mit der Zündung der Triacs 440 und 445 zu schließen.
Für den vorliegenden Fall sei angenommen, dass die Schaltkontakte 476 und 477 des Relais 475 nach außen geschaltet worden sind, so dass nunmehr durchgeschaltete Leiter 411 und 412 vorliegen. Nachdem die Schaltkontakt 431 und 432 geschlossen worden sind, kann die Zündenergie von den Halbleiterschaltelementen 440 und 445 wieder abgeschaltet werden. Da die Halbleiterschalter 440 und 445 nur noch für eine kurze Zeitspanne, vorzugsweise weniger als 20 ms einen einfachen Wechselstrom schalten müssen, können entsprechend kostengünstige Halbleiter zur Realisierung der Triacs verwendet werden. Aus diesem Grund kann auch eine Schutzbeschaltung der Triacs 440 und 445 entfallen .
Nunmehr wird das ordnungsgemäße Abschalten der Leistungsendstufe 400 beschrieben. Zunächst werden die Halbleiterschalter 440 und 445 wieder gezündet und anschließend die Schaltkontakte 431 und 432 des Relais 430 geöffnet. Der Stromfluss erfolgt nunmehr kurzfristig, in der Regel für weniger als 20 ms, über die Halbleiterschaltelemente 440 und 445. Nach etwa 20 ms wird die Zündenergie von den Halbleiterschaltern 440 und 445
abgetrennt, wodurch der Antrieb eines angeschlossenen Drehstrommotors abgeschaltet wird. Nach weiteren beispielsweise 20 ms werden die Schaltkontakte 451 und 452 geöffnet und die Schaltkontakte 476 und 477 der Wendeschaltung 460 wieder nach innen geschaltet, so dass sie nunmehr wieder mit einem Ende des Leiterabschnitts 482 beziehungsweise 481 verbunden sind. Die
Wendeschalteinrichtung 460 befindet sich demzufolge wieder im Sperrzustand.. Alle drei Leiter der dreiphasigen Leistungsendstufe 400 sind nunmehr geöffnet und ein sicherer Abschaltzustand ist erreicht.
Während des Betriebs werden die Ströme in den Leitern 410, 411 und 412 sowie die an den Leitern anliegenden Ausgangsspannungen von der Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung überwacht. Sobald die Ablaufsteuerungs- und Überwachungseinrichtung 405 einen Störfall erkennt, werden beispielsweise die Schaltkontakte 451 und 452 im Leiter 410 sowie beispielsweise die Schaltkontakte 476 und 475 und die Schaltkontakte 471 und 471 in den in Fig. 3 gezeigten Schaltzustand versetzt, so dass eine dreiphasige mechanische Abschaltung sicher erfolgen kann.
Die Funktionsweise und Ansteuerung der Schaltkontakte der in Fig. 3 gezeigten dreiphasigen Leistungsendstufe 200 entspricht im Wesentlichen der Funktionsweise und Schaltweise der in Fig. 4 dargestellten und oben beschriebenen Leistungsendstufe 400. Die in Fig. 3 gezeigte Leistungsendstufe zeichnet sich gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Leistungsendstufe 400 dadurch aus, dass auch bei Weglassen des Relais 230 eine dreiphasige Abschaltung der Leistungsendstufe erfolgen kann, da in jedem Leiter wenigstens ein Schalter in Form eines mechanischen
Schaltkontaktes oder eines Halbleiterschalters vorgesehen ist.
MessVorrichtung
Fig. 6 zeigt das beispielhafte Messgerät 610, welches beispielsweise zur Messung sinusförmiger Ströme geeignet ist. Das Messgerät 610 dient nicht nur dazu, Nennströme, d. h. Ströme innerhalb eines vorbestimmten und zulässigen Arbeitsbereichs zu messen. Es dient auch dazu, bei
Auftreten eines Überstroms, der außerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs des Messgerätes 610 liegt, einen Wert für den tatsächlichen Spitzenwert des Überstroms zu ermitteln. Das Messgerät 610 und dessen Komponenten, insbesondere ein Stromwandler, können deshalb hinsichtlich des maximalen Nennstroms eines Motors dimensioniert sein und somit erheblich kleiner und kostengünstiger hergestellt werden, als Messgeräte, die auch Überströme, die das Siebenfache des Motornennstroms betragen können, messen können.
Hierzu kann das Messgerät 610 eingangsseitig ein Abtast- und Halteglied 620 aufweisen, an welches das beispielsweise vom Leiter Ll des Sicherheitsschaltgerätes 900 abgezweigte, zu messende periodische Analogsignal angelegt werden kann. Das Abtast- und Halteglied 620 tastet ein zu messendes Analogsignal mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz ab, welche einstellbar sein kann. Der Ausgang des Abtast- und Halteglieds 620, an dem analoge Abtastproben des zu messenden Analogsignals anliegen, werden einem AD-Umsetzer 630 zugeführt, welcher die Abtastproben in die dazu gehörenden Digitalwörter umsetzt. Zum Beispiel kann der AD- Umsetzer 630 aus den angelegten Abtastwerten Digitalwerte mit der Länge von 610 Bits erzeugen. Bei einem solchen 10 Bit AD-Umsetzer werden die analogen Abtastproben jeweils in eine Folge von 10 Bits umgesetzt, die wiederum in die
entsprechende Dezimalzahl, die zwischen zwischen 0 und 1023 liegt, umgewandelt werden kann. Hierbei entspricht zum Beispiel der dezimale Wert 0 dem kleinsten und der dezimale Zahlenwert 1023 dem größten Stromwert innerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs, sofern die Nulllinie eines sinusförmigen Signals dem dezimalen Zahlenwert 512 zugeordnet wird. Ein solcher Fall ist in Fig. 7 dargestellt .
Der Ausgang des AD-Umsetzers 630 ist mit dem Eingang eines Vergleichers 640 verbunden, in dem beispielsweise die im AD-Umsetzer 630 gebildeten dezimalen Zahlenwerte der Abtastproben eines Messsignals mit einem Schwellenwert verglichen werden. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass der Schwellenwert mit dem oberen und/oder unteren Grenzwert des zulässigen Arbeitsbereichs des Messgeräts 610, d. h. dem dezimalen Wert 1023 und/oder dem dezimalen Wert 0 zusammenfällt, wie dies in den Fig. 7 und 8 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Ausgang des Vergleichers 40 ist mit einem Zähler 650 verbunden, der zählt, wie viele aufeinander folgende Zahlenwerte dem Schwellenwert 1023 und/oder 0 entsprechen. Eine Auswerteeinrichtung 660 ist mit dem Ausgang des Zählers 650 verbunden. Wie später noch ausführlicher dargelegt wird, dient die Auswerteeinrichtung 660 dazu, den maximalen Amplitudenwert, d. h. den Spitzenwert des zu messenden Analogsignals, welches sich außerhalb des Arbeitsbereichs des Messgeräts 610 befindet, zu ermitteln.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die entsprechenden, zur Ermittlung der maximalen Amplitude erforderlichen Werte vorab in einem Tabellenspeicher 670 abgelegt worden, auf den die Auswerteeinrichtung 660 zugreifen kann.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in Fig. 6 dargestellten Messgeräts 610 anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Zunächst betrachten wir Fig. 7. In Fig. 7 ist ein zu messender Wechselstrom mit einer Periodendauer von 20 ms dargestellt, der im Abtast- und Halteglied 620 mit einer Abtastfrequenz von 50 kHz (f=l/2ms) abgetastet wird. Die Abtastproben sind als Pfeile im Abstand von 2ms in der
Fig. 7 dargestellt. Es ist zu beachten, dass der Messtrom sich innerhalb des zulässigen Messbereichs des Messgeräts 610 befindet. Die zulässige Ober- und Untergrenze des Messoder Arbeitsbereichs sind gestrichelt dargestellt und den beiden Dezimalwerten 0 und 1023 zugeordnet. So lange das zu messende Signal innerhalb dieses Messbereichs liegt, arbeitet das Messgerät 610 in dem herkömmlichen Messmodus.
Überschreitet, wie in Fig. 8 dargestellt, das Messsignal den zulässigen Messbereich, so kann der AD-Umsetzer 630, der nur für den zulässigen Arbeitsbereich dimensioniert ist, das Signal nicht mehr korrekt auflösen und geht in die Sättigung. Dies führt dazu, dass die Abtastproben, die außerhalb des zulässigen Messbereichs liegen, allesamt durch den maximalen und minimalen Zahlenwert, d. h. 1023 bzw. 0, dargestellt werden. In diesem Moment geht das Messgerät 610 in seinen zweiten Modus, in dem der Spitzenwert des außerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs liegenden Messstroms ermittelt wird. Nachfolgend werden zwei Ausführungsvarianten zur- Ermittlung des Spitzenwertes beschrieben .
Bei dem Messsignal handelt es sich um eine sinusförmige Eingangsgröße, die bekanntlich durch die Gleichung i(t) = I * sin (ωt) (1)
beschrieben werden kann, wobei I die Amplitude des Messsignals ist. Die Amplitude ergibt sich demnach durch die Gleichung
Sind die Periodendauer des Messsignals und die Zeitdauer Tu, die nachfolgend auch Überstromdauer genannt wird und angibt, wie lange das Messignal den zulässigen Messbereich überschreitet, bekannt, kann die maximale Amplitude durch die Gleichung
berechnet werden, wobei i(t) = 1 für den Nennbereich gilt, ω = 2π/T, und T die Periodendauer des Messignals ist, t = T/4 - Tu/2, und Tü die Überstromdauer ist.
Die sogenannte Überstromdauer Tϋ kann jedoch nicht unmittelbar gemessen werden.
Sie kann jedoch beispielsweise aus der Anzahl der Abtastwerte, die betragsmäßig größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert sind, berechnet werden. Im vorliegenden Beispiel sei angenommen, dass der Schwellenwert mit dem Zahlenwert 1023, der den oberen Grenzwert des zulässigen Messbereichs darstellt, übereinstimmt. Ist ferner die Abtastfrequenz 1/Tab des Abtast- und Halteglieds 620 bekannt, kann die Überstromdauer Tü durch die Gleichung
Tü = N * TAB (4)
berechnet werden. Je genauer die Überstromzeit Tü bestimmt werden kann, d. h. je kleiner das Abtastintervall TAB ist,
desto genauer kann die maximale Überstromamplitude I berechnet werden.
Wird Gleichung (4) in Gleichung (3) eingesetzt, so ergibt sich die Berechnungsvorschrift
mit der die Auswerteeinrichtung 660 die maximale Überstromamplitude I des Messignals berechnen kann.
Wir kehren zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise des Messgeräts 610 zu Fig. 8 zurück.
Deutlich sichtbar überschreitet die tatsächliche Amplitude des an den Eingang des Messgeräts 610 angelegten Messstroms den oberen und unteren Grenzwert des zulässigen
Messbereichs für die Überstromdauer Tü. Der obere Grenzwert 1023 entspricht in diesem Beispiel auch dem Schwellenwert, der vom Vergleicher 640 benötigt wird, um die Abtastwerte zu ermitteln, die außerhalb des zulässigen Messbereichs liegen.
In Fig. 8 ist sowohl die Periodendauer T des zu messenden sinusförmigen Signals, welche 20 ms beträgt, als auch die zeitliche Dauer TAB zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastwerten, welche 2 ms beträgt, dargestellt. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Kurvenverlauf ergibt sich, !dass der der AD-Umsetzer 30 infolge einer Übersteuerung dem zweiten und dritten Abtastwert den maximalen Zahlenwert 1023 zuordnet. Die den Abtastwerten zugeordneten Zahlenwerte werden dem Vergleicher 640 zugeführt, der die Zahlenwerte mit dem Schwellenwert 1023 vergleicht. Der Vergleicher 640 stellt fest, dass zwei aufeinander folgende Abtastwerte, die nach 4 ms und 6 ms abgetastet worden sind, den
maximalen Zahlenwert 1023 angenommen haben. Der Vergleicher 640 triggert daraufhin zweimal den Zähler 650, der daraufhin einen Zählwert 2 an die Auswerteeinrichtung 660 weitergibt. Da die Auswerteeinrichtung 660 die Abtastfrequenz des AD-Umsetzers 630, nämlich 1/TAB , den vom Zähler gelieferten Zahlwert N = 2 sowie die Periodendauer T des zu messenden Signals, kann sie den maximalen Amplitudenwert des zu messenden Signals gemäß Gleichung (5) berechnen.
Um den schaltungstechnischen Aufwand der
Äuswerteeinrichtung 660 und deren Rechenleistung reduzieren zu können, werden im Speicher 670 für mehrere Referenzsignale jeweils die ermittelte Anzahl von gezählten Abtastwerten und die dazu gehörenden maximalen Amplitudenwerte gespeichert.
Die im Speicher 670 abgelegten Werte werden vorab ermittelt, indem beispielsweise mehrere Referenzsignale, die die gleiche bekannte Frequenz besitzen, mit einer festen Abtastfrequenz abgetastet. Dann werden für jedes Referenzsignal die Anzahl an Abtastwerten ermittelt, die in den Schwellenwert 1023 umgesetzt worden sind. Mit Hilfe der Gleichung (5) wird schließlich für jedes Referenzsignal der maximale Amplitudenwert ermittelt und zusammen mit der dazu gehörenden Anzahl N in dem Speicher 670 abgelegt.
In der anliegenden Tabelle sind beispielhaft die entsprechenden Werte für Referenzsignale mit einer Frequenz von 50 Hz eingetragen, wobei die Referenzsignale mit einer Abtastfrequenz von 6,66 kHz abgetastet worden sind.
In der linken Spalte, die mit N/2 bezeichnet ist, ist die halbe Anzahl der Messwerte, welche den zulässigen Messbereich überschritten haben, eingetragen. In der
mittleren Spalte, die mit I [A] gekennzeichnet, ist, ist der jeweilige, gemäß Gleichung (5) berechnete maximale Amplitudenwert eingetragen. In der rechten Spalte der Tabelle ist Lder maximale Fehler in Prozent eingetragen, der zwischen gemessenem Amplitudenwert und tatsächlichem Amplitudenwert besteht.
Das negative Vorzeichen gibt an, dass der tatsächliche maximale Amplitudenwert des zu messenden Signals immer kleiner als der gemäß Gleichung (5) berechnete maximale Amplitudenwert ist.
Diese Tatsache ist bei elektrischen Antrieben von Vorteil, die bei Überschreiten des zulässigen Nennstroms um einen vorbestimmten Betrag sicher in den Stillstand gefahren werden müssen.
Erwähnt sei an dieser Stelle, dass die in der Tabelle gezeigten Werte bis N/2 = 30 von praktischer Bedeutung sind, da z. B. Asynchronmotoren grundsätzlich nur das Siebenfache ihres Nennstroms aufnehmen können. Dies bedeutet, dass, wenn der Zähler 650 mehr als 62 aufeinander folgende Abtastwerte mit dem Zahlenwert 1023 gezählt hat, der überwachte Asynchronmotor abgeschaltet wird, da der vom Messgerät 610 ermittelte maximale Amplitudenwert von 9, 1129 mehr als dem siebenfachen Nennwert des Asynchronmotors entspricht. Angemerkt sei, dass ein Strom, der dem siebenfachen Nennwert entspricht, auf einen Kurzschluss im Motor hinweist.
Dank der Erfindung ist es möglich, die Amplitude eines Wechselsignals, dessen Kurvenform bekannt ist, außerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs mit Hilfe eines Messgeräts abzuschätzen, welches nur zur Messung von Signalen innerhalb des zulässigen Messbereichs dimensioniert ist.
Tabelle
Fig. 9 zeigt schematisch den Aufbau eines bekannten Systems zur mikroprozessorgesteuerten Überwachung einer sicherheitstechnischen Einrichtung (nicht dargestellt) . Das System weist eine Eingangsstufe 710 auf, die ein binäres Prozess- oder Sensorsignal als Eingangssignal an zwei unabhängig voneinander arbeitende Subsysteme 720 und 730 anlegt. Jedes Subsystem kann einen Mikroprozessor und eine separate Stromversorgungseinrichtung aufweisen. Jedes
Subsystem ist ausgangsseitig mit einer Ausgangsstufe 740 verbunden, die beispielsweise einen Schütz oder eine Anordnung aus Schalteinrichtungen aufweist. Mittels der Ausgangsstufe 740 kann eine nicht näher dargestellte sicherheitstechnische Anwendung in einen definierten ■ gesicherten Zustand gefahren werden. Wie in Fig. 9 angedeutet, sind beide Subsysteme 720 und 730 derart ausgebildet, dass sie die Funktionsfähigkeit des jeweils anderen Subsystems überwachen können. Die gegenseitige Überwachung der Subsysteme erfolgt in der Regel durch einen bidirektionalen Austausch von Statusdaten, wie dies durch die Pfeile in Fig. 9 angedeutet ist. Jedes Subsystem bildet einen eigenen Steuerkanal, über den die Ausgangsstufe 740 separat angesteuert werden kann. Demzufolge kann jeder Kanal, das heißt jedes Subsystem die Ausgangsstufe 740 unabhängig von dem anderen Subsystem in einen als sicher definierten Zustand versetzen.
Die beispielhafte mehrkanalige Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung von sicherheitstechnischen Einrichtungen ist in Fig. 10 dargestellt. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass unter sicherheitstechnischer Einrichtung eine Automatisierungsanlage, einzelne Baugruppen der Automatisierungsanlage und/oder auch sicherheitstechnische Anwendungen in Form von Software verstanden werden kann.
Ähnlich der in Fig. 9 gezeigten Anordnung weist die in Fig.
10 dargestellte Sicherheitsvorrichtung 750 eine Eingangsstufe 60, eine erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 770 und eine zweite Steuereinrichtung 780 auf. Der Ausgang der beiden Steuereinrichtungen 770 und 780 ist jeweils mit einem Eingang einer Ausgangsstufe 790 verbunden. Die Ausgangsstufe 790 weist beispielsweise ein Relais 795 auf.
Von einer mehrkanaligen Steuervorrichtung 750 spricht man, da die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 770 und die zweite Steuereinrichtung 780 jeweils einen eigenen Steuerkanal zum unabhängigen Steuern des Relais 795 bilden. Die erste, mikroprozessorgesteuerte
Steuereinrichtung 770 enthält einen speicherprogrammierten Mikroprozessor 772 und einen Speicher 774, in dem die Steuersoftware abgelegt ist, auf die der Mikroprozessor 772 zugreifen kann. Ferner enthält die mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 770 einen beispielsweise als NPN-
Bipolartransistor ausgebildeten Schalter 776, nachfolgend auch Schalttransistor genannt, über den das Relais 795 mit einem Masseanschluss 778 verbunden werden kann. Über den Masseanschluss 778, den Schalttransistor 776 und eine Verbindungsleitung 800, die den Ausgang der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 mit dem Eingang der Ausgangsstufe 790 und somit mit dem Eingang des Relais 795 verbindet, wird ein Massepfad definiert. Je nach Betriebszustand kann der Mikroprozessor 772 über den Schalttransistor 776 den Massepfad öffnen oder schließen. Der Mikroprozessor 772 ist derart ausgebildet, dass er ein Überwachungssignal, im nachfolgenden auch Life- Signal genannt, erzeugen kann, dessen zeitlicher Verlauf in Fig.
11 dargestellt ist.
Der Mikroprozessor 772 führt vorzugsweise mit dem von der Eingangsstufe gelieferten Signal sicherheitsrelevante Programme durch, damit bei Auftritt eines Fehlers die sicherheitstechnische Einrichtung über die Ausgangsstufe 790 zuverlässig in einen gesicherten Zustand gefahren werden kann. Als Fehlerquelle können zum Beispiel der Mikroprozessor 772 selbst, die Eingangsstufe 760 oder die sicherheitstechnische Einrichtung in Frage kommen. Das vom Mikroprozessor 772 erzeugte Überwachungssignal spiegelt den ordnungsgemäßen oder fehlerhaften Betrieb der mikroprozessorgest'euerten Steuereinrichtung 770 wieder.
Das Überwachungssignal wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass der Mikroprozessor 772 einen High-Pegel erzeugt, wenn der Mikroprozessor mit der Durchführung eines sicherheitsrelevanten Programmes beginnt. Sobald der Mikroprozessor 772 die Ausführung des sicherheitsrelevanten Programms beendet, erzeugt er einen Low- Pegel. In Fig. 11 ist der Verlauf des Überwachungssignals im fehlerfreien
Zustand der Steuereinrichtung 770 dargestellt. Die in Fig. 11 eingezeichnete Periodendauer Tm entspricht beispielsweise der Zeitdauer einer in der Steuereinrichtung 780 implementierten monostabilen Kippstufe, nach deren Ablauf 'die Kippstufe wieder in ihren stabilen Zustand kippt. Eine solche monostabile Kippstufe ist als Monoflop 784 in Fig. 12 dargestellt. Die Zeitdauer Tm wird nachfolgend auch als Monozeit bezeichnet. Die Funktionsweise der Steuereinrichtung 800 wird weiter unten noch näher erläutert.
Das vom Mikroprozessor 772 erzeugte Life-Signal wird über einen Ausgang der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 an einen Eingang der Eingangsstufe 760 angelegt. An einem weiteren Eingang der Eingangsstufe
760 liegt das binäre Prozesssignal an. Das Prozessignal und das Life-Signal werden beispielsweise eingangsseitig einem UND-Gatter 762 zugeführt. Das UND-Gatter 762 verknüpft oder moduliert beide Signale und liefert an seinem Ausgang ein sogenanntes moduliertes Eingangssignal für die
Steuereinrichtungen 770 und 780. Alternativ kann an Stelle eines logischen UND-Gatters jede andere geeignete logische Verknüpfungseinrichtung oder ein mechanischer Schalter als Modulationseinrichtung verwendet werden. Entscheidend ist, dass bei der in Fig. 10 dargestellten
Sicherheitsvorrichtung 750 das mit dem Überwachungssignal modulierte Prozesssignal und nicht das über die Eingangsstufe 760 kommende Prozesssignal unmittelbar an den Eingang der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 und der Steuereinrichtung 780 angelegt wird.
Weiterhin ist zu beachten, dass die Steuereinrichtung 780 unabhängig von der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 die Ausgangsstufe 790 ansteuern kann. Hierzu ist beispielsweise eine Versorgungsspannung Vcc vorgesehen, die über einen als Schalter fungierenden Transistor 782 an das Relais 795 der Ausgangsstufe 790 angelegt werden kann. An dieser Stelle sei bereits angemerkt, dass bei leitendem Zustand der Schalttransistoren 778 und 782 ein Strom durch das Relais 785 fließt.
Wie in Fig. 12 gezeigt, weist die Steuereinrichtung 780 neben dem Schalttransistor 782 das Monoflop 784 auf, welches einen mit Q bezeichneten negativen Ausgang aufweist, der vorzugsweise über einen Widerstand 788 mit der Steuerelektrode des Schalttransistors 782 verbunden ist. Ferner weist das Monoflop 784 einen Eingang A auf, an den das von der Eingangsstufe 760 kommende modulierte
Eingangssignal angelegt wird. Weiter ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 781 und einem Widerstand 783 vorgesehen, über die im Einschaltzeitpunkt der Sicherheitsvorrichtung 750 ein vorbestimmtes Spannungspotential an einen mit MR gekennzeichneten Master- Reset-Eingang angelegt wird, das bewirkt, dass das Monoflop am Q-Ausgang einen High-Pegel erzeugt.
Damit die als Master fungierende mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 770 Fehler in der Eingangsstufe 760 und in der Steuereinrichtung 780 erkennen kann, sind der Ausgang des UND-Gatters 762 der Eingangsstufe 760 und der Ausgang der Steuereinrichtung 780 jeweils mit einem Eingang der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 verbunden. Da die Eingangsgrößen und die
Übertragungsfunktion der Steuereinrichtung 780 der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 bekannt sind, kann ein ordnungsgemäßer Betrieb der Eingangsstufe 760 und der Steuereinrichtung 780 durch die rückgekoppelten Ausgangssignale verifiziert werden. Die Referenz-Parameter der Eingangsgrößen und der Übertragungsfunktion der Steuereinrichtung 80 können im Speicher 774 der Steuereinrichtung 770 abgelegt werden. Sollte ein Fehler auftreten, so kann sowohl die Steuereinrichtung 780 als auch die mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 770 die Ausgangsstufe 90 in einen sicheren Zustand überführen, indem entweder der über den Schalttransistor 776 und die Verbindungsleitung 100 gebildete Massepfad geöffnet und/oder die Versorgungsspannung mittels des Schalttransistors 82 der Steuereinrichtung 780 von dem Relais 795 der Ausgangsstufe 790 abgeschaltet wird.
Bei der Realisierung der in Fig. 10 dargestellten asymmetrischen zweikanaligen Sicherheitsvorrichtung 750 ist ein kritischer Aspekt darin zu sehen, dass ein
fehlerhaftes, unkontrolliertes Oszillieren des Life-Signals auftreten kann, welches ein sicheres Abschalten einer sicherheitstechnischen Einrichtung verhindern kann.
Eine Sicherheitsvorrichtung zur Lösung dieses Problems ist in Fig. 13 dargestellt. Die in dem in Fig. 1 dargestellten Sicherheitsschaltgerät 900 beispielhaft verwendete Sicherheitsvorrichtung 810 weist ähnlich der in Fig. 10 gezeigten Sicherheit-svorrichtung 750 eine Eingangsstufe 760 auf, die wiederum eine logische Verknüpfungseinrichtung, beispielsweise ein UND-Gatter 762 aufweisen kann. An einem Eingang des UND-Gatters 762 ist das Eingangssignal, welches das Prozesssignal sein kann, angelegt. Wiederum ist eine Ausgangsstufe 790 vorgesehen, die mehrere zusammenwirkende Schaltelemente 795 aufweisen kann, die ein definiertes Abschalten der sicherheitstechnischen Einrichtung ermöglicht. Die Sicherheitsvorrichtung 810 ist wiederum mehrkanalig, im vorliegenden Beispiel zweikanalig ausgebildet, wobei eine erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 820 als Master und eine zweite
Steuereinrichtung 840 als Slave fungiert. Wiederum kann die Steuereinrichtung 820 als softwarebasiertes Subsystem betrachtet werden, während die Steuereinrichtung 840 als hardwarebasiertes Subsystem ausgebildet sein kann, welches in Fig: 14 näher dargestellt ist.
Die mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung 820 weist wiederum einen Mikroprozessor 822 auf, der ein niederfrequentes Überwachungs- oder Life-Signal erzeugen kann. Wiederum kann der Mikroprozessor 822 bei Beginn der Durchführung eines sicherheitsrelevanten Programms eine steigende Flanke und beim Verlassen der Ausführung des sicherheitsrelevanten Programms eine fallende Flanke erzeugen. Der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender Impulse, das heißt die Periodizität des Überwachungssignals
ist wiederum durch die Monozeit Tm eines Monoflops definiert. Im Unterschied zur Sicherheitsvorrichtung 750 gemäß Fig. 10 wird das vom Mikroprozessor 822 erzeugte Überwachungssignal einem Modulator 824 zugeführt, der das niederfrequente Überwachungssignal mit einem hochfrequenten Modulationssignal, welches beispielsweise das Taktsignal des Mikroprozessors 822, ein aus dem Taktsignal abgeleitetes Signal oder ein anderes hochfrequentes Signal sein kann, moduliert. In diesem Fall wird das Taktsignal des Mikroprozessors 822 an einen zweiten Eingang des
Modulators 824 angelegt. Das vom Modulator 824 erzeugte modulierte Überwachungssignal wird einem weiteren Eingang des UND-Gatters 762 der Eingangsstufe und einem ersten Eingang der Steuereinrichtung 830 zugeführt. Am Ausgang des UND-Gatters 762 erscheint ein moduliertes Prozesssignal, welches durch das von der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 820 gelieferte modulierte Überwachungssignal moduliert wird. Das modulierte Ausgangssignal des UND-Gatters 762 wird jeweils als ein moduliertes Eingangssignal an einen Eingang der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 820 und an einen weiteren Eingang der Steuereinrichtung 840 angelegt. Der Mikroprozessor 822 ist wiederum in der Lage, das vom UND-Gatter 762 kommende Ausgangssignal hinsichtlich eines Fehlers zu überwachen. In einem Speicher 826 können
Eingangsgrößen, die die Eingangsstufe 760 betreffen, sowie die Übertragungsfunktion der Steuereinrichtung 830 abgelegt sein. Der Mikroprozessor 722 ist mit der Steuerelektrode, im vorliegenden Beispiel mit der Basis eines Schalttransistors 828 verbunden, der über eine
Verbindungsleitung 800 die Ausgangsstufe 790 mit Masse verbinden kann. Der Schalttransistor 828 kann beispielsweise als Bipolartransistor vom NPN-Typ ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Emitterelektrode des Schalttransistors 828 mit Masse und die
Elektroelektrode des Schalttransistors 828 mit dem Eingang der Ausgangsstufe 790 verbunden. Erkennt der Mikroprozessor 822 einen Fehler, so kann er den über den Schalttransistor 828 und die Verbindungsleitung 100 gebildeten Massepfad auftrennen, indem er einen Low-Pegel an die Steuerelektrode des Schalttransistors 828 anlegt, so dass der Schalttransistor sperrt.
Das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 840 ist eingangsseitig mit der mikroprozessorgesteuerten
Steuereinrichtung 820 verbunden. Der Mikroprozessor 822 ist wiederum derart implementiert, dass er unter
Berücksichtigung der abgelegten Übertragungsfunktion der
Steuereinrichtung 840 ein Fehlverhalten der Steuereinrichtung 830 erkennen kann. Die Steuereinrichtung
840 weist einen Demodulator 840 auf, der in Fig. 14 detaillierter dargestellt ist.
Der Ausgang des Demodulators 830 kann mit der Steuerelektrode eines Schalttransistors 850 verbunden sein, über den eine Versorgungsspannung an die Ausgangsstufe 790 angelegt werden kann. Der Demodulator 830 weist ein Monoflop 831 auf, welches in seiner Funktion dem Monoflop 784 der in Fig. 12 gezeigten Steuereinrichtung 780 entspricht. Das Monoflop 731 weist einen mit A gekennzeichneten Eingang auf, an den das vom UND-Gatter 762 kommende modulierte Eingangssignal angelegt wird. Das vom Modulator 824 gelieferte modulierte Überwachungssignal wird einem Hochpassfilter 832 und einem mit TP2 bezeichneten Tiefpassfilter 833 zugeführt. Das Ausgangssignal des Hochpassfilters 832 wird einem weiteren Monoflop 834 zugeführt. Das Monoflop 834 weist einen Master-Reset- Eingang auf, an dem eine Versorgungsspannung Vcc über eine Reihenschaltung, die einen Kondensator 835 und einen Widerstand 836 aufweist, angelegt werden kann. Der negierte
Ausgang des Monoflops 834 wird an den Eingang eines weiteren, mit TPl bezeichneten Tiefpassfilters 837 angelegt. Der Ausgang des Tiefpassfilters 833 ist mit einem ersten, mit A bezeichneten Eingang eines weiteren Monoflops 838 verbunden, während der Ausgang des Tiefpassfilters 837 mit dem Master-Reset-Eingang des Monoflops 838 verbunden ist. Der mit Q bezeichnete negative Ausgang des Monoflops 838 ist schließlich mit dem Master-Reset-Eingang des
Monoflops 831 verbunden. Der mit Q bezeichnete negative Ausgang des Monoflops 831 ist mit der Steuerelektrode, im vorliegenden Beispiel mit der Basis des Schalttransistors 850 verbunden.
Die in den Figuren 15a bis 15i dargestellten Kurvenverläufe sind Eingangs- beziehungsweise Ausgangssignale an vorbestimmten Beobachtungspunkten innerhalb des Demodulators 830, welche mit den Nummern 1 bis 7 entsprechend gekennzeichnet sind. Die Spannungsverläufe treten bei einem ordnungsgemäßen Betrieb der Sicherheitsvorrichtung 810 auf. Bei einem fehlerhaften
Betrieb der Steuereinrichtung 820 treten Spannungsverläufe auf, die in den Fig. 16a bis 16i bzw. 17a bis 17i gezeigt sind.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der beiden in den
Figuren 10 und 13 dargestellten Sicherheitsvorrichtungen 750 beziehungsweise 810 näher erläutert. Insbesondere wird die Funktionsweise der Steuereinrichtung 80 gemäß Fig. 10 und die Funktionsweise der in Fig. 13 gezeigten Steuereinrichtung 840 näher beschrieben.
Zunächst wird die Funktionsweise der in Fig. 10 gezeigten Steuereinrichtung 780 in Verbindung mit den Figuren 11 und 12 näher erläutert.
Es sei der Fall angenommen, dass eine sicherheitstechnische Automatisierungsanlage, zu der die Sicherheitsvorrichtung 750 gehört, in Betrieb genommen werden soll. Zu Beginn wird über den Kondensator 781 und den Widerstand 783 ein Spannungspotential an den Master-Reset-Eingang MR des Monoflops 784 angelegt, das bewirkt, dass der negative
Ausgang Q des Monoflops 784 auf einen High-Pegel gesetzt wird, wodurch der Schalttransistor 782 in den sperrenden Zustand versetzt wird. Dies wiederum bewirkt, dass die
Versorgungsspannung Vcc über den Schalttransistor 782 nicht an die Ausgangsstufe 790 angelegt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ausgangsstufe 790 erst in Betrieb genommen werden kann, wenn eine Versorgungsspannung angelegt wird und die Durchführung von Selbsttests abgeschlossen ist.
Nach einer durch den Widerstandswert des Widerstandes und der Kapazität des Kondensators definierten Zeit nimmt das Spannungspotential am Master-Reset-Eingang des Monoflops
784 ab, so dass der Ausgang Q durch das am Eingang A anliegenden modulierten Eingangssignal, welches vom UND- Gatter 762 geliefert wird, abhängt. Angenommen sei, dass am UND-Gatter 762 der Eingangsstufe 760 ein Prozesssignal mit einem High-Pegel anliegt, so dass bei ordnungsgemäßer Funktion der Steuereinrichtung 70 das in Fig. 11 dargestellte Überwachungssignal als moduliertes Eingangssignal am Eingang A des Monoflops 784 anliegt. Mit der ersten positiven Flanke des modulierten Eingangssignals wird der Ausgang Q des Monoflops 784 für die Monozeit Tm auf Low gesetzt. Während dieser Zeit wird auch der Schalttransistor 782 leitend gehalten. Tritt, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, vor Ablauf der Monozeit Tm eine
weitere positive Flanke im Überwachungssignal auf, wird das
Monoflop 784 erneut getriggert und der Ausgang Q wird wiederum für die Monozeit Tm auf Low gesetzt. Solange der Mikroprozessor 772 der mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung 770 ordnungsgemäß arbeitet, wird jeweils vor Ablauf der Monozeit Tm eine positive Flanke erzeugt. Solange die Automatisierungsanlage, die Steuereinrichtungen 770 und 780 sowie die Eingangsstufe 760 ordnungsgemäß arbeiten, wird der Schalttransistor 782 über das Monoflop 784 im leitenden Zustand gehalten. Ordnungsgemäßer Betrieb heißt, dass das Eingangssignal oder Prozesssignal am Eingang des UND-Gatters 762 der Eingangsstufe 760 einen High-Pegel aufweist und das modulierte Eingangssignal ein Wechselsignal ist, dessen Periodendauer kleiner oder gleich der Monozeit Tn, ist.
Tritt nunmehr in der Steuereinrichtung 770 oder der Eingangsstufe 760 ein Fehler auf, sorgt das Monoflop 784 dafür, dass der Schalttransistor 782 in den sperrenden Zustand geschaltet und somit die Ausgangsstufe 790 von der Versorgungsspannung Vcc getrennt wird. Ein Fehler kann zum Beispiel auch dadurch signalisiert werden, dass ein Prozessignal mit einem Low-Pegel erzeugt wird, das dafür sorgt, dass der Ausgang des UND-Gatters 762 auf Null gesetzt wird. Demzufolge gelangt das Überwachungssignal nicht mehr an den Eingang A des Monoflops 782. Da am Eingang A des Monoflops innerhalb der Monozeit Tm keine positive Flanke mehr erscheint, wird der Ausgang Q des Monoflops 784 auf Null gesetzt. Dies führt dazu, dass der Schalttransistor 782 sperrt und somit die
Versorgungsspannung von der Ausgangsstufe 790 getrennt wird. Die Automatisierungsanlage kann nunmehr in einen gesicherten Zustand gefahren werden.
Zudem kann ein Fehler in der Steuereinrichtung 770 auftreten, wenn beispielsweise der Mikroprozessor 772 aufgrund eines nicht vorhersehbaren Fehlers ein sicherheitsrelevantes Programm nicht startet. In diesem Fall bleibt das Überwachungssignal beispielsweise kontinuierlich auf einem Low-Pegel. Das wiederum dazu führt, dass über eine Zeitspanne, die Länger als die Monozeit Tm des Monoflops 784 ist, keine positive Flanke am Eingang A des Monoflops 784 auftritt, so dass der Schalttransistor 782 in den sperrenden Zustand versetzt wird. In ähnlicher Weise wird das Überwachungssignal auf einem High-Pegel verharren, wenn der Mikroprozessor 772 zwar ein sicherheitsrelevantes Programm gestartet hat, dieses aber aufgrund eines nicht vorhersehbaren Fehlers nicht mehr beenden kann. Auch dieser Zustand führt wiederum dazu, dass über eine Zeitspanne, die Länger als die Monozeit Tm des Monoflops 784 ist, keine positive Flanke am Eingang A des Monoflops 784 auftritt, so dass der Schalttransistor 782 in den sperrenden Zustand versetzt und die Ausgangsstufe 790 in einen gesicherten, vordefinierten Zustand gefahren wird. Angemerkt sei an dieser Stelle, dass je nach Realisierung der Steuereinrichtung 780 das Monoflop 784 auch durch fallende Flanken getriggert werden kann.
Dank der asymmetrischen, zweikanaligen
Sicherheitsvorrichtung 750 ist es möglich, eine Automatisierungsanlage oder deren sicherheitstechnischen Komponenten bei Auftritt eines Fehlers, der seine Ursache zum Beispiel in der Eingangsstufe 760 oder der Sicherheitseinrichtung 770 hat, in einen sicheren Zustand zu gefahren.
Ein Fehler in der Steuereinrichtung 780 wird von der Steuereinrichtung 770 erkannt, indem das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 780 über die Rückkopplungsleitung 805 zum
Mikroprozessor 772 geführt wird. Denn die Steuereinrichtung 770 kennt die Übertragungsfunktion der Steuereinrichtung 780, die im Speicher 774 hinterlegt sein kann. Erkennt die Steuereinrichtung 770 einen Fehler im Ausgangssignal der Steuereinrichtung 780, sorgt der Mikroprozessor 772 dafür, dass der Schalttransistor 776 gesperrt und somit der Massepfad zur Ausgangsstufe 790 geöffnet wird.
Anzumerken sei noch, dass das Monoflop 784 ferner dazu dient, die Einschaltzeit des angelegten modulierten
Eingangssignals um die Monozeit Tm zu verlängern, so dass auch nach dem Abschalten des Eingangssignals oder Prozesssignals die Ausgangsstufe 790 noch kontrolliert in einen gesicherten Zustand gesteuert werden kann. Um die Sicherheitsbedingungen, die zum gesicherten Abschalten einer Automatisierungsanlage erforderlich sind, einhalten zu können, darf die Monozeit Tm nicht länger als die Sicherheitsabschaltzeit der Ausgangsstufe 90 sein.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der in Fig. 13 dargestellten asymmetrischen zweikanaligen
Sicherheitsvorrichtung 810 in Verbindung mit den Figuren 14 bis 17i näher erläutert.
Der in Fig. 14 gezeigte Demodulator 130 der
Steuereinrichtung 840 weist im Unterschied zu der in Fig. 12 gezeigten Schaltungsanordnung eine Tiefpass- und Hochpassanordnung auf, durch die quasi eine digitale Bandsperre realisiert wird. Bei korrekter Dimensionierung der Baukomponenten und ordnungsgemäßer Funktionsweise der
Sicherheitsvorrichtung 810 verhält sich der Demodulator 830 ähnlich dem in Fig. 12 gezeigten Monoflop 784. Tritt jedoch in der Steuereinrichtung 820, beispielsweise im Mikroprozessor 822 ein Fehler auf, so wird je nach Fehlerfall der hochfrequente und niederfrequente Anteil des
vom Modulator 824 kommenden modulierten Überwachungssignals zu höheren oder niedrigeren Frequenzen verschoben. Die Folge davon ist, dass entweder der hochfrequente oder niederfrequente Anteil des modulierten Überwachungssignals durch das Bandsperrverhalten des Demodulators 830 gesperrt wird. Dies führt dazu, dass das Monoflop 831 nach Ablauf der Monozeit den positiven Ausgang Q auf Low setzt, wodurch der Schalttransistor 850 in den sperrenden Zustand versetzt und somit die Ausgangsstufe 790 in einen sicheren Zustand gefahren wird. Angemerkt sei noch, dass die
Steuereinrichtung 720 ein Softwaremodul aufweist, welches dafür sorgt, dass eine Veränderung des Taktes des Mikroprozessors 720 zu einer entsprechenden Frequenzverschiebung des Life-Signals führt.
Die Funktionsweise des Demodulators 830 wird anhand der Fig. 15 bis 17i detailliert beschrieben. Zunächst wird der fehlerfreie Betrieb der Steuereinrichtung 820 geschildert.
Bei einem fehlerfreien Betrieb der Sicherheitsvorrichtung 810 treten an den in Fig. 14 eingezeichneten Beobachtungspunkten die in den Figuren 15a bis 15i gezeigten Signalverläufe auf.
Wir betrachten zunächst den Zeitraum von To bis Ti.
Angenommen sei, dass bis zum Zeitpunkt Ti an das UND-Gatter 762 kein Prozessignal angelegt wird, wie dies in Fig. 15f gezeigt ist. Somit liegt bis zum Zeitpunkt Ti am Eingang A des Monoflops 831 kein Signal an, wie dies in Fig. 15g gezeigt ist. Fig. 15a zeigt schematisch das modulierte Überwachungssignal, welches eine Überlagerung des Taktsignals des Mikroprozessors 822 und des in Fig. 11 gezeigten Überwachungssignals ist. In dem dargestellten Kurvenverlauf, der bereits zum Zeitpunkt T0 beginnt, fällt die Periodendauer des Überwachungssignals etwa mit der
Monozeit Tn, des Monoflops 831 zusammen. Das vom Modulator 824 der Steuereeinrichtung 820 als Modulationssignal verwendete Taktsignal des Mikroprozessors 822 weist eine Periodendauer von T3 auf, die ebenfalls in Fig. 15a eingetragen ist. An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die Kapazität 835 und den Widerstand 836 aufweisende Reihenschaltung dazu dient, im Einschaltzeitpunkt der Automatisierungsanlage ein Spannungspotential an den Master-Reset-Eingang des Monoflops 834 anzulegen, der zum Zeitpunkt To für einen Low-Pegel am negierten Ausgang Q des Monoflops 834 sorgt, wie dies in Fig. 15i gezeigt ist.
Fig. 15b zeigt den niederfrequenten Anteil des modulierten Überwachungssignal, welcher am Ausgang des Tiefpassfilters 833 anliegt. Fig. 15c zeigt den hochfrequenten Anteil des modulierten Überwachungssignals, welcher am Ausgang des Hochpassfilters 832 anliegt. Fig. 15i zeigt den am negierten Ausgang Q des Monoflops 834 anliegenden Signalverlauf, der zum Zeitpunkt To, wenn das modulierte Eingangssignal gemäß Fig. 15a an das Hochpassfilter 832 angelegt wird, auf Null geht, da positive Flanken des in Fig. 15c gezeigten hochfrequenten Signalanteils jeweils vor Ablauf der speziellen Monozeit des Monoflops 834 dieses triggefn. Fig. 15d zeigt den am Ausgang des Tiefpassfilters 837 anliegenden Signalverlauf, der nach einer vorbestimmten Laufzeit den Wert des Signalverlaufs nach Fig. 15i, d. h. den Wert Null annimmt. Fig. 15e zeigt den am negierten
Ausgang Q des Monoflops 838 anliegenden Signalverlauf. Fig. 15h zeigt den Signalverlauf am Ausgang Q des Monoflops 831.
Zum Zeitpunkt Ti werde nunmehr ein Prozessignal, welches auch ein Sensorsignal sein kann, mit einem High-Pegel an
das UND-Gatter 762 angelegt, wie in Fig. 15f gezeigt. Von diesem Zeitpunkt an liefert das UND-Gatter 762 das in Fig. 15g gezeigte Wechselsignal. Dieses Signal enthält im vorliegenden Beispiel aufgrund systembedingter Tiefpasseigenschaften keine Hochfrequenzanteile mehr. Vielmehr entspricht es dem Überwachungssignal mit einer Periodendauer von kleiner oder gleich Tm.
Da im ordnungsgemäßen Betrieb am negierten Ausgang Q des Monoflops 838 ein Low-Pegel gemäß Fig. 15e anliegt,, der gleichzeit am Master-Reset-Eingang des Monoflops 831 anliegt, wird dessen Verhalten vom modulierten Eingangssignal nach Fig. 15g bestimmt. Da die Periodendauer des modulierten Eingangssignals, wie gesagt, kleiner der Monozeit Tn, des Monoflops 831 ist, wird das Monoflop 831 regelmäßig getriggert . Demzufolge liefert der Ausgang Q des Monoflops 831 einen High-Pegel, wie in Fig. 15h dargestellt. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Schalttransistor 850 im leitenden Zustand gehalten und die Ausgangsstufe mit Energie versorgt wird.
Nunmehr sei der Fehlerfall angenommen, dass die Frequenz des Taktes des Mikroprozessors 822 zum Zeitpunkt T2 sinkt. Dies ist in Fig. 16a für das modulierte Überwachungssignal, welches am Eingang des Hochpassfilters 832 und am Eingang des Tiefpassfilters 833 angelegt wird, dargestellt. Wie ersichtlich ist, ist der zeitliche Abstand der Taktimpulse nach dem Zeitpunkt T2 länger. Demzufolge zieht eine Verlängerung der Periodendauer des Taktsignals des Mikroprozessors 822 eine Verlängerung der Periodendauer des Überwachungssignals nach sich. Auch dieser Sachverhalt ist in Fig. 16a dargestellt. Fig. 16f zeigt, dass nach wie vor ein Prozesssignal mit High-Pegel am UND-Gatter 762 anliegt, welches normalen Betriebszustand der Anlage darstellt. Fig.
16b zeigt die Veränderung des Ausgangssignals am Tiefpassfilter 833 nach dem Zeitpunkt T2, nachdem die Frequenz des Taktsignals des Mikroprozessors 822 gesunken ist.
Fig. 16c zeigt die Änderung des Taktsignals des Mikroprozessors 822 zum Zeitpunkt T2. Da der zeitliche Abstand aufeinander folgender positiver Flanken im Taktsignal des Mikroprozessors 822 zum Zeitpunkt T2 länger als die Monoflopzeit des Monoflops 834 ist, erscheint am negierten Ausgang Q des Monoflops 834 das in Fig. 16h dargestellte hochfrequente Taktsignal des Mikroprozessors 822. Das Tiefpassfilter 837 filtert die hochfrequenten
Anteile aus dem Ausgangssignal am negierten Ausgang Q des Monoflops 834 heraus, so dass am Ausgang des
Tiefpassfilters 837 nach Ablauf der Monozeit des Monoflops 834 ein High-Pegel anliegt, wie er in Fig. 16d dargestellt ist. Der High-Pegel wird an den Master-Reset-Eingang des Monoflops 838 angelegt und sorgt dafür, dass am negierten Ausgang des Monoflops 838 ein High-Pegel erzeugt wird, der in Fig. 16e dargestellt ist. Demzufolge wird über den Master-Reset-Eingang des Monoflops 831 ein Ausgangssignal mit Low-Pegel erzeugt, wie in Fig. 16g gezeigt. Dieses Signal ' steuert den Schalttransistor 850 in den gesperrten Zustand. Demzufolge wird die Versorgungsspannung von der
Ausgangsstufe 790 abgetrennt, so dass die Ausgangsstufe 790 eine sicherheitstechnische Einrichtung in einen sicheren Zustand fahren kann. Die Signalverläufe in den Figuren 17a bis 17i treten bei einem Fehler in der Steuereinrichtung 820 auf, der sich in einer Erhöhung der Taktfrequenz des Mikroprozessorsignals äußert. Fig. 17a zeigt das an dem Eingang des Hochpassfilters 832 und an dem Eingang des Tiefpassfilters 833 ankommende modulierte Überwachungssignal, welches sich
zu einem Zeitpunkt T3 wie dargestellt ändert. Immer noch sei angenommen, dass die Eingangsstufe 760 und die Automatisierungsanlage selbst fehlerfrei arbeiten, so dass am UND-Gatter 762 nach wie vor ein Prozesssignal mit einem High-Pegel anliegt, wie dies in Fig. 17f dargestellt ist. Fig. 17i zeigt die Veränderung des modulierten Eingangssignals nach dem Zeitpunkt T3, welches an den Eingang A des Monoflops 831 angelegt wird. Fig. 17c zeigt wiederum die Veränderung des Taktsignals am Ausgang des Tiefpassfilters 832 zum Zeitpunkt T3. Das in Fig. 17c gezeigte hochfrequente Eingangssignal bewirkt, dass am negierten Ausgang des Monoflops 834 dauerhaft ein Low-Pegel anliegt, der in Fig. 17h dargestellt ist. Der Low-Pegel wird über das Tiefpassfilter 837 an den Master-Reset- Eingang des Monoflops 838 angelegt. Das Tiefpassfilter 833 ist derart dimensioniert, dass es auch den niederfrequenten Anteil des fehlerbehafteten modulierten
Überwachungssignals, welches in Fig. 17a dargestellt ist, ab dem Zeitpunkt T3 sperrt, wie dies durch den Spannungsverlauf in Fig. 17b dargestellt ist. Da am Eingang A des Monofloips 838 nur noch ein konstanter Pegel anliegt, wird nach Ablauf der Monozeit des Monoflops 838 der negierte Ausgang auf einen High-Pegel gesetzt, wie dies durch Fig. 17e dargestellt ist. Über den Master-Reset- Eingang MR wird nunmehr das Monoflop 831 rückgesetzt, wodurch der Ausgang des Monoflops 831 auf Null gesetzt wird, wie dies in Fig. 17g dargestellt ist. Wiederum wird der Schalttransistor 850 gesperrt und somit die Spannungsversorgung von der Ausgangsstufe 790 getrennt.
Claims
1. Sicherheitsschaltgerät (900) zum Steuern wenigstens einer sicherheitstechnischen Einrichtung in einen gesicherten Zustand, mit einer ersten Anschlusseinrichtung (910) zum Anschalten des Sicherheitsschaltgerätes an eine ein- oder mehrphasige EnergieVersorgungseinrichtung, wenigstens einer zweiten Anschlusseinrichtung (920) zum Anschalten einer sicherheitstechnischen Einrichtung, einer dritten Anschlusseinrichtung (940, 945) zum Anschalten wenigstens einer sicherheitstechnischen Eingangsstufe (760) , einer zwischen der ersten und zweiten
Anschlusseinrichtung (910, 920) geschalteten ein- oder mehrphasigen Leistungsendstufe (200) mit wenigstens einem ansteuerbaren Schaltkontakt, einer Messeinrichtung (610), einer Sicherheitseinrichtung (820, 840) zum mehrkanaligen Ansteuern der Leistungsendstufe (200), wobei die Sicherheitseinrichtung (820, 840) folgende Merkmale aufweist: eine erste, eine programmierbare Steuereinheit (822) aufweisende Steuereinrichtung (820), die eine Einrichtung zum Erzeugen eines Überwachungssignals aufweist, eine zweite Steuereinrichtung (840), wobei die Eingangsstufe (760) mit der ersten, Steuereinrichtung (820) und der zweiten Steuereinrichtung (840) verbunden und zum Modulieren eines Eingangssignals mit dem von der ersten Steuereinrichtung (820) kommenden Überwachungssignal ausgebildet ist, wobei die erste, Steuereinrichtung (820) und/oder die zweite Steuereinrichtung (840) unter Ansprechen auf das modulierte Eingangssignal die sicherheitstechnische Einrichtung bei Auftritt eines Fehlers in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuern, wobei die erste Steuereinrichtung (820) der Messeinrichtung (610) zugeordnet und derart ausgebildet ist, dass sie unter Ansprechen auf ein gemessenes Analogssignal die sicherheitstechnische Einrichtung über die Leistungsendstufe (200) in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuert, wenn ein vorbestimmter Parameter des gemessenen Analogsignals außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt.
2. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsendstufe (200) eine dreiphasige Leistungsendstufe ist und einen ersten, zweiten und dritten Leiter (210, 211, 212; 410, 411, 412; 510, 511, 512) aufweist, die über die erste Anschlusseinrichtung (910) mit einer
Drehstromversorgungseinrichtung verbindbar sind, wobei jedem Leiter wenigstens ein ansteuerbarer Schaltkontakt (231, 232, 242; 451, 431, 432; 520, 531, 532) zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Leiters zugeordnet ist, wobei die Ansteuerung von wenigstens zwei der Schaltkontakte unabhängig voneinander erfolgt .
3. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gemessene Analogsignal einem periodischen
Leiterstrom entspricht, und dass die Messeinrichtung (610) eine Einrichtung (620, 630, 640, 650) zum Ermitteln der Zeitdauer, während der die Amplitude des zu messenden analogen Leiterstroms außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, und eine Auswerteeinrichtung (660) aufweist, die aus der ermittelten Zeitdauer und der Signalform, insbesondere der Signalfrequenz des zu messenden Leiterstroms dessen maximale Amplitude berechnet.
4. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites gemessene Analogsignal einer Leiterspannung entspricht, und dass die Messeinrichtung (610) eine Einrichtung zum Ermitteln der Wirkleistung enthält.
5. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (760) wenigstens eine sicherheitstechnische und/oder anwendungsabhängige Schalteinrichtung (765) aufweist.
6. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (822) das Überwachungssignal in Abhängigkeit von der Abarbeitung wenigstens eines sicherheitsrelevanten Programms erzeugt.
7. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinrichtung (820) eine Einrichtung zum Überwachen der Eingangsstufe (760) und/oder der zweiten Steuereinrichtung und zum Erzeugen eines Fehlersignals aufweist, und dass die erste Steuereinrichtung (820) unter Ansprechen auf das Fehlersignal die sicherheitstechnische Einrichtung in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuert.
8. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (70) eine Verknüpfungseinrichtung (762) , insbesondere ein UND-Gatter zum Modulieren des Eingangssignals mit dem Überwachungssignal aufweist.
9. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinrichtung (820) einen Modulator (824) zum Modulieren des Überwachungssignals mit einem Signal aufweist, dessen Frequenz höher als die Frequenz des Überwachungssignals ist, dass die Eingangsstufe (70) zum Modulieren des modulierten Überwachungssignals mit dem Eingangssignal ausgebildet ist, dass die zweite Steuereinrichtung (840) einen Demodulator (830) aufweist, der unter Ansprechen auf das von der Eingangsstufe (760) kommende modulierte Eingangssignal und das von der ersten Steuereinrichtung (820) kommende modulierte Überwachungssignal bei Auftritt eines Fehlers ein Steuersignal erzeugt, welches die sicherheitstechnische Einrichtung in den vorbestimmten sicheren Zustand steuert.
10. Sicherheitsschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (830) ein Bandsperre und wenigstens eine Schalteinrichtung (831), insbesondere ein Monoflop, aufweist, die bei Veränderung der Frequenz des Signals mit höherer Frequenz um einen vorbestimmten Betrag ein Steuersignal zum Steuern der sicherheitstechnischen Einrichtung in den vorbestimmten sicheren Zustand liefert.
11. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal ein binäres Prozesssignal ist.
12. Sicherheitsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusseinrichtung (910), die wenigstens eine zweite Anschlusseinrichtung (920), die dritte Anschlusseinrichtung (949, 945), die Leistungsendstufe (200), die Messeinrichtung (610) und die
Steuereinrichtungen (820, 840) auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
13. Dreiphasige Leistungsendstufe zum Ansteuern wenigstens einer Last, insbesondere eines Drehstrommotors, mit einem ersten, zweiten und dritten Leiter (210, 211, 212; 410, 411, 412; 510, 511, 512) der eingangsseitig mit einer Drehstromversorgungseinrichtung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Leiter wenigstens ein ansteuerbarer Schaltkontakt (231, 232, 242; 451, 431, 432; 520, 531, 532) zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Leiters zugeordnet ist, wobei die Ansteuerung von wenigstens zwei der Schaltkontakte unabhängig voneinander erfolgt .
14. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltkontakt (231, 232, 242) in jedem Leiter (210, 211, 212) Teil eines elektromagnetischen Schaltelementes (230, 240) ist.
15. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass an den zweiten und dritten Leiter (211, 212; 411, 412; 510, 511) jeweils ein Halbleiterschal'ter (251, 261; 440, 445; 560, 570) angeschaltet ist.
16. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (270) zum Bereitstellen einer vorbestimmten Zündenergie für die Halbleiterschalter (251, 261) .
17. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten und dritten Leiter ein erstes
Schaltelement (240; 430) mit einem ersten und zweiten Schaltkontakt (241, 242; 431, 432) geschaltet ist, wobei der erste Schaltkontakt (241; 431) parallel zu einem der Halbleiterschalter (251; 440) und der zweite Schaltkontakt (242; 432) parallel zum anderen Halbleiterschalter (261; 445) geschaltet sind.
17. Dreiphasige Leistungsendstufe nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Leiter geschaltete
Wendeschalteinrichtung (280; 460), die zwei unabhängig voneinander ansteuerbare, jeweils einen ersten und zweiten Schaltkontakt aufweisende zweite Schaltelemente (290, 295; 470, 475) enthält, wobei die ersten Schaltkontakte (291, 296; 471, 476) der zweiten Schaltelemente (290, 295; 470, 475) an dem einen Leiter (210; 411) und die zweiten Schaltkontakte (292, 297; 472, 477) der zweiten Schaltelemente (290, 295; 470, 475) an dem anderen Leiter (212; 412) angeschaltet sind, und wobei in einer vorbestimmten Stellung der ersten und zweiten Schaltkontakte eine Sperrung des Stromflusses durch die beiden Leiter (210, 212; 411, 412) erfolgt.
18. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltkontakte (471, 476) der zweiten Schaltelemente (470, 475) an dem zweiten Leiter (411) und die zweiten Schaltkontakte (472, 477) der zweiten Schaltelemente (470, 475) an dem dritten Leiter (412) angeschaltet sind.
19. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Schaltelement (450) mit wenigstens zwei Schaltkontakten (451, 452) an den ersten Leiter (410) angeschlossen ist.
20. Dreiphasige Leistungsendstufe nach den Ansprüchen 15 und 18 oder 15 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem Halbleiteschalter eine
Schutzeinrichtung (251, 253; 262, 263) geschaltet ist.
21. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltkontakte (291, 296) der beiden zweiten Schaltelemente (290, 295) der Wendeschalteinrichtung (280) an dem ersten Leiter 210) und die zweiten Schaltkontakte (292, 297) der beiden zweiten Schaltelemente (290, 295) an dem dritten Leiter (212) angeschaltet sind.
22. Dreiphasige Leistungsendstufe nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch ein drittes Schaltelement (230) mit einem ersten und zweiten Schaltkontakt (231, 232), wobei der erste Schaltkontakt (231) an den ersten Leiter (210) und der zweite Schaltkontakt (232) an den zweiten Leiter (211) angeschlossen ist.
23. Dreiphasige Leistungsendstufe nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente Relais sind.
24. Dreiphasige Leistungsendstufe nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig zwischen die drei Leiter eine Schutzschaltung (220; 430) gegen Überspannungen geschaltet ist.
25. Dreiphasige Leistungsendstufe nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine programmierbare
Steuereinrichtung (405) zum Ansteuern der
Schaltelemente und Halbleiterschalter.
26. Dreiphasige Leistungsendstufe nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung
(405) zum Überwachen der Laufrichtung wenigstens eines angeschlossenen Drehstrommotors, der durch die Leiter fließenden Ströme und/oder der zwischen den Leitern anliegenden Ausgangsspannungen, wobei die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf die Überwachungseinrichtung die jeweiligen Schaltelemente und/oder Halbleiterschalter ansteuert.
27. Wendeschaltanordnung insbesondere für eine dreiphasige Leistungsendstufe, umfassend zwei unabhängig voneinander ansteuerbare, jeweils einen ersten und zweiten Schaltkontakt (291, 292; 296, 297) aufweisende Schaltelemente (290, 295), dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schaltkontakte (291, 296) der Schaltelemente (290, 295) zum Anschalten an einen ersten Leiter (210) und die zweiten Schaltkontakte (292, 297) zum Anschalten an einen zweiten Leiter (212) verschaltet sind, und dass in einer vorbestimmten Stellung der ersten und zweiten Schaltkontakte eine Sperrung des Stromflusses durch die angeschlossenen Leiter erfolgt.
28. Messvorrichtung (10) zum Messen eines periodischen Analogsignals, dessen Amplitude außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen kann, mit einer Einrichtung (20, 30, 40, 50) zum Ermitteln der Zeitdauer, während der die Amplitude des zu messenden Analogsignals außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, und einer Auswerteeinrichtung (60), die aus der ermittelten Zeitdauer und der Signalform, insbesondere der
Signalfrequenz des zu messenden Analogsignals dessen maximale Amplitude berechnet.
29. Messvorrichtung (610) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungseinrichtung eine Abtasteinrichtung (620; zum Abtasten des zu messenden Analogsignals mit einer Abtastfrequenz und eine Einrichtung (640, 650) zum Erfassen und Zählen von aufeinanderfolgenden Abtastwerten, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, aufweist, und dass die Auswerteeinrichtung (660) zum Berechnen der maximalen Amplitude des Analogsignals in Abhängigkeit von der Anzahl der gezählten Abtastwerte, der
Abtastfrequenz und der Signalfrequenz ausgebildet ist.
30. Messvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Analogsignal ein sinusförmiges Signal mit einer vorbestimmten Signalfrequenz ist und dass die Auswerteeinrichtung (660) den maximalen Amplitudenwert unter Verwendung der Gleichung
berechnet, wobei TAB der Kehrwert der Abtastfrequenz, N die Anzahl gezählter Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind, und T die Periodendauer des zu messenden Analogsignals ist.
31. Messvorrichtung zum Messen eines periodischen Analogsignals, welches außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs liegen kann, mit einer Abtasteinrichtung (620) zum Abtasten des Analogsignals mit einer Abtastfrequenz, einer Einrichtung (640, 650) zum Erfassen und Zählen von aufeinanderfolgenden Abtastwerten, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, einer Speichereinrichtung (670), in der der maximale, außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegende Amplitudenwert mehrerer Referenzsignale und die jeweils dazugehörende Anzahl von gezählten Abtastwerten, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, abgelegt sind, und einer Auswerteeinrichtung (660), die unter Ansprechen auf die von der Erfassungs- und Zähleinrichtung (640, 650) ermittelte Anzahl von Abtastwerten den dazugehörenden maximalen Amplitudenwert aus der Speichereinrichtung ausliest.
32. Messvorrichtung nach Anspruch 29, 30 oder 31, gekennzeichnet durch einen AD-Umsetzer (630) zum Umsetzen der Abtastwerte in entsprechende Digitalwerte.
33. Messvorrichtung nach Anspruch 29, 30, 31 oder 32 dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastfrequenz einstellbar ist.
34. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert mit den Grenzwerten des vorbestimmten Arbeitsbereichs zusammenfällt oder kleiner ist.
35. Gegen Überströme gesicherte Vorrichtung, insbesondere elektrische Antriebe, mit einer Messvorrichtung (610) nach einem der Ansprüche 28 bis 34 und einer Auslöseeinrichtung, die unter Ansprechen auf den berechneten maximalen Amplitudenwert die Vorrichtung ausschalten kann.
36. Verfahren zum Messen eines periodischen Analogsignals, dessen Amplitude außerhalb eines vorbestimmten
Arbeitsbereichs liegen kann, mit folgenden Verfahrensschritten:
Ermitteln der Zeitdauer, während der die Amplitude des zu messenden Analogsignals außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, und
Berechnen der maximalen Amplitude des zu messenden Analogsignals in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitdauer und der Signalform, insbesondere der Signalfrequenz des zu messenden Analogsignals.
37. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Ermitteln der Zeitdauer folgende
Schritte aufweist: das zu messendes Analogsignal wird mit einer
Abtastfrequenz abgetastet; aufeinanderfolgende Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert sind, werden gezählt; und dass in Abhängigkeit von der Anzahl der gezählten
Abtastwerte, der Abtastfrequenz und der Signalfrequenz die maximale Amplitude des Analogsignals berechnet wird .
38. Verfahren zum Messen eines periodischen Analogsignals, welches außerhalb eines vorbestimmten Arbeitsbereichs einer verwendeten Messvorrichtung liegen kann, mit folgenden Verfahrensschritten: für mehrere Referenzsignale werden jeweils die maximale Amplitude, welche außerhalb des vorbestimmten Arbeitsbereichs liegt, und die dazugehörende Anzahl von Abtastwerten, die betragsmäßig größer oder gleich einem Schwellenwert sind, ermittelt und gespeichert; ein zu messendes Analogsignal wird mit einer Abtastfrequenz abgetastet; die aufeinanderfolgenden Abtastwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert sind, werden gezählt; und der zur Anzahl der gezählten Abtastwerte gehörende maximale Amplitudenwert wird ausgelesen.
39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastwerte in Digitalwerte umgesetzt werden, und dass aufeinanderfolgende Digitalwerte, welche betragsmäßig größer oder gleich einem vorbestimmten digitalen Schwellenwert sind, gezählt werden.
40. Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung, mit einer ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung (770; 820) , die eine Signalerzeugungseinrichtung (772; 822) zum Erzeugen eines Überwachungssignals aufweist, einer zweiten Steuereinrichtung (800; 840) , einer mit der ersten, mikroprozessorgesteuerten Einrichtung (770; 820) und der zweiten
Steuereinrichtung (800; 840) verbundenen Eingangsstufe (60), die zum Modulieren eines Eingangssignals mit dem von der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung (770; 820) kommenden Überwachungssignal ausgebildet ist, wobei die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) und/oder die zweite Steuereinrichtung (800; 840) unter Ansprechen auf das modulierte Eingangssignal die sicherheitstechnische Einrichtung bei Auftritt eines Fehlers in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuern.
41. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinrichtung das Überwachungssignal in Abhängigkeit von der Abarbeitung wenigstens eines sicherheitsrelevanten Programms durch die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) erzeugt .
42. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) und die zweite Steuereinrichtung (800; 840) mit einer Ausgangsstufe (790) verbunden sind und jeweils eine Einrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren der Ausgangsstufe (790) aufweisen.
43. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungs-/Deaktivierungseinrichtung der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung (770; 820) einen mit Masse verbindbaren Schalter (776; 828) und die Aktivierungs-/Deaktivierungseinrichtung der zweiten Steuereinrichtung (800; 840) einen mit einer Versorgungsspannung verbindbaren Schalter (782; 850) aufweist.
44. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstufe (790) wenigstens eine Schalteinrichtung (795), insbesondere ein Relais ist.
45. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass
5 die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) eine Einrichtung zum Überwachen der Eingangsstufe und/oder der zweiten Steuereinrichtung und zum Erzeugen eines Fehlersignals aufweist, und dass 0 die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) unter Ansprechen auf das Fehlersignal die sicherheitstechnische Einrichtung in einen vorbestimmten sicheren Zustand steuert.
5 46. Sicherheitsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstufe (760) eine logische
Verknüpfungseinrichtung (762), insbesondere ein UND- 0 Gatter zum Modulieren des Eingangssignals mit dem
Überwachungssignal aufweist.
47. Sicherheitsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 40 bis 46, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung
(820) einen Modulator (824) zum Modulieren des
Überwachungssignals mit einem Signal aufweist, dessen
Frequenz höher als die Frequenz des 0 Überwachungssignals ist, dass die Eingangsstufe (760) zum Modulieren des modulierten ' Überwachungssignals mit dem Eingangssignal ausgebildet ist, dass die zweite Steuereinrichtung (840) einen Demodulator 5 (830) aufweist, der unter Ansprechen auf das von der Eingangsstufe (760) kommende modulierte Eingangssignal und das von der ersten, mikroprozessorgesteuerten Steuereinrichtung (820) kommende modulierte Überwachungssignal bei Auftritt eines Fehlers ein Steuersignal erzeugt, welches die sicherheitstechnische Einrichtung in den vorbestimmten sicheren Zustand steuert.
48. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (830) ein Bandsperre und wenigstens eine Schalteinrichtung (831), insbesondere ein Monoflop, aufweist, die bei Veränderung der Frequenz des Signals mit höherer Frequenz um einen vorbestimmten Betrag ein Steuersignal zum Steuern der sicherheitstechnischen Einrichtung in den vorbestimmten sicheren Zustand liefert.
49. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (830) folgende Merkmale aufweist: ein Hochpassfilter (832) und ein erstes Tiefpassfilter (833), dessen jeweiliger Eingang mit dem Ausgang der ersten, mikroprozessorgesteuerten Einrichtung (820) verbunden ist, ein erstes Monoflop (834), welches einen Reset-Eingang und einen Signaleingang aufweist, der mit dem Ausgang des Hochpassfilters verbunden ist, ein zweites Tiefpassfilter (837), dessen Eingang mit dem negierten Ausgang des ersten Monoflops (834) verbunden ist, ein zweites Monoflop (838), dessen Signaleingang mit dem Ausgang des ersten Tiefpassfilters (833) und dessen Reset-Eingang mit dem Ausgang des zweiten Tiefpassfilters (837) verbunden ist, und ein drittes Monoflop (831) , dessen Signaleingang mit dem Ausgang der Eingangsstufe (760) und dessen Reset- Eingang mit dem negierten Ausgang des zweiten Monoflops (838) verbunden ist.
50. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, mikroprozessorgesteuerte Steuereinrichtung (770; 820) Software basiert und die zweite
Steuereinrichtung (800; 840) Hardwarebasiert ist.
51. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal ein binäres Prozesssignal ist.
52. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinrichtung (800; 840) einen Mikroprozessor aufweist.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06762897A EP1911058B1 (de) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand |
JP2008524412A JP4589436B2 (ja) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | 安全関連の装置を安全な状態に設定するための切り換え装置 |
CN200680028363XA CN101238536B (zh) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | 用于将安全装置控制到安全状态的安全切换装置 |
DE502006002274T DE502006002274D1 (de) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand |
US11/915,326 US8363371B2 (en) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
US13/555,286 US8675330B2 (en) | 2005-08-02 | 2012-07-23 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
US13/555,293 US9239572B2 (en) | 2005-08-02 | 2012-07-23 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005036777.1A DE102005036777B4 (de) | 2005-08-02 | 2005-08-02 | Dreiphasige Leistungsendstufe |
DE102005036777.1 | 2005-08-02 | ||
DE200510045753 DE102005045753A1 (de) | 2005-09-23 | 2005-09-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer periodischen Analogsignals |
DE102005045753.3 | 2005-09-23 | ||
DE200610001805 DE102006001805A1 (de) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung |
DE102006001805.2 | 2006-01-12 |
Related Child Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US11/915,326 A-371-Of-International US8363371B2 (en) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
US13/555,293 Division US9239572B2 (en) | 2005-08-02 | 2012-07-23 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
US13/555,286 Division US8675330B2 (en) | 2005-08-02 | 2012-07-23 | Safety switching device for setting a safety-related device to a safe state |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2007014725A1 true WO2007014725A1 (de) | 2007-02-08 |
Family
ID=37036797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2006/007518 WO2007014725A1 (de) | 2005-08-02 | 2006-07-28 | Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US8363371B2 (de) |
EP (4) | EP2017868B1 (de) |
JP (1) | JP4589436B2 (de) |
CN (2) | CN102013666A (de) |
DE (3) | DE502006007907D1 (de) |
WO (1) | WO2007014725A1 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008124395A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-16 | Waltlow Electric Manufacturing Company | Hybrid power relay using communications link |
WO2009007104A1 (de) | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung |
EP2239752A1 (de) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Pilz GmbH & Co. KG | Sichere Schalteinrichtung und modulares fehlersicheres Steuerungssystem |
JP2011525667A (ja) * | 2008-06-26 | 2011-09-22 | フェニックス コンタクト ゲーエムベーハー ウント コムパニー カーゲー | 監視システム |
EP2573890A1 (de) * | 2007-01-05 | 2013-03-27 | American Power Conversion Corporation | System und Verfahren zum Schaltkreisüberspannungsschutz |
EP2560180A3 (de) * | 2011-08-18 | 2014-02-05 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG | Sicherheitsschalteinrichtung |
WO2014032718A1 (de) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät zum steuern der energiezufuhr eines nachgeschalteten elektromotors |
KR20140063731A (ko) * | 2011-08-30 | 2014-05-27 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 안전 모터 시동기 |
CN104781898A (zh) * | 2012-11-19 | 2015-07-15 | 西门子公司 | 用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备 |
WO2016142163A1 (de) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | Wöhner GmbH & Co. KG Elektrotechnische Systeme | Schaltvorrichtung zum betreiben mindestens einer last |
EP2733718A3 (de) * | 2012-11-16 | 2017-03-08 | Phoenix Contact GmbH & Co. KG | Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von Signalen, die von einem OSSD-Ausgangselement kommen |
Families Citing this family (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009121666A2 (de) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Kompaktes schaltgerät für einen elektrischen verbraucher |
DE102009013971B4 (de) * | 2009-03-19 | 2023-03-30 | Continental Automotive Technologies GmbH | Vorrichtung zum Betreiben einer Schaltungsanordnung |
CN101893668B (zh) * | 2010-06-24 | 2012-07-25 | 福建师范大学 | 三相三线和三相四线兼容式电参数信号测量处理*** |
US9459619B2 (en) * | 2011-06-29 | 2016-10-04 | Mega Fluid Systems, Inc. | Continuous equipment operation in an automated control environment |
JP5794116B2 (ja) * | 2011-11-08 | 2015-10-14 | オムロン株式会社 | 安全制御システム |
CN102437551B (zh) * | 2011-11-30 | 2014-09-17 | 唐山轨道客车有限责任公司 | 变压器过流保护装置和电力机车 |
DE102012103584A1 (de) * | 2012-04-24 | 2013-10-24 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Elektrische Schaltungsanordnung |
DE102012015272A1 (de) | 2012-07-31 | 2014-02-06 | Audi Ag | Verfahren zur effizienten Absicherung sicherheitskritischer Funktionen eines Steuergeräts und Steuergerät |
DE102012214814A1 (de) | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Motorstarter |
EP2907150B1 (de) | 2012-11-19 | 2017-06-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät zum steuern der energiezufuhr eines nachgeschalteten elektromotors |
TW201436436A (zh) * | 2013-03-05 | 2014-09-16 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 保護電路及電子裝置 |
WO2014184613A1 (en) * | 2013-05-13 | 2014-11-20 | Freescale Semiconductor, Inc. | Microcontroller unit and method of operating a microcontroller unit |
GB201309823D0 (en) * | 2013-06-01 | 2013-07-17 | Metroic Ltd | Current measurement |
CN103311008B (zh) * | 2013-06-18 | 2015-04-01 | 江苏东源电器集团股份有限公司 | 采用可编程序的三工位开关 |
US10185291B2 (en) * | 2013-06-28 | 2019-01-22 | Fisher Controls International Llc | System and method for shutting down a field device |
CN103472808B (zh) * | 2013-09-24 | 2015-08-26 | 河南兵峰电子科技有限公司 | 生态智能农业***及其开关量控制装置 |
EP2950174A1 (de) * | 2014-05-26 | 2015-12-02 | Sick Ag | Verfahren und Vorrichtung zum sicheren Überprüfen eines Zustandes zweier Einrichtungen |
KR20150141053A (ko) * | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 엘에스산전 주식회사 | 보호계전시스템 및 이의 데이터 수집방법 |
US10199962B2 (en) | 2015-03-18 | 2019-02-05 | Johnson Controls Technology Company | Plug and play universal input actuator |
CN109358529B (zh) * | 2015-03-18 | 2021-06-15 | 约翰逊控制技术公司 | 即插即用通用输入致动器 |
DE102015105370A1 (de) | 2015-04-09 | 2016-10-13 | Harting Electric Gmbh & Co. Kg | Anschlussbox und Netzwerk zur Energieverteilung |
EP3358491A1 (de) * | 2015-10-02 | 2018-08-08 | DNP Hypertech Co. Ltd. | Mpu-schutzvorrichtung |
CN105549461B (zh) * | 2015-12-08 | 2018-06-19 | 湖北工业大学 | 基于cpld芯片的电力电子装置辅助控制*** |
DE102016203755A1 (de) | 2016-03-08 | 2017-09-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Motorstarter und Diagnoseverfahren |
US10360790B2 (en) | 2016-04-22 | 2019-07-23 | Banner Engineering Corp. | Safety touch button system having an intercommunications link |
EP3244221B1 (de) | 2016-05-11 | 2021-08-04 | TRUMPF Schweiz AG | Überwachungsanordnung zur überwachung eines sicherheitsgebers und verfahren zur überwachung eines sicherheitsgebers |
KR101916060B1 (ko) * | 2016-08-11 | 2018-11-07 | 현대자동차 주식회사 | 인버터 고장 예지 장치 및 방법 |
DE102016222940B4 (de) * | 2016-11-21 | 2024-07-25 | Festo Se & Co. Kg | Sicherheitsmodul für ein Automatisierungssystem, Automatisierungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Sicherheitsmoduls in einem Automatisierungssystem |
CN108092630B (zh) * | 2016-11-22 | 2021-05-18 | 华润微集成电路(无锡)有限公司 | 具有过流保护结构的功放电路及其负载供电电路 |
KR101791255B1 (ko) * | 2017-03-02 | 2017-10-30 | 주식회사 웰림 | 복합 다기능 릴레이 시스템 및 그 제어방법 |
DE102017208648A1 (de) | 2017-05-22 | 2018-11-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Diagnosefähiger Sanftstarter, Diagnoseverfahren und Motoranordnung |
EP3441997B1 (de) | 2017-08-11 | 2019-10-02 | Sick AG | Sicherheitsschaltvorrichtung zum sicheren aus- und/oder einschalten zumindest einer elektrischen maschine |
US11031804B2 (en) * | 2017-11-06 | 2021-06-08 | Nxp B.V. | Power controller |
DE102018120344A1 (de) * | 2018-08-21 | 2020-02-27 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Automatisierungssystem zur Überwachung eines sicherheitskritischen Prozesses |
US11099238B2 (en) * | 2019-03-27 | 2021-08-24 | General Electric Company | Distributed control modules with built-in tests and control-preserving fault responses |
US11338785B2 (en) * | 2020-01-24 | 2022-05-24 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Extending the life of electromagnetic brake control circuits |
US11316335B2 (en) * | 2020-04-30 | 2022-04-26 | GM Global Technology Operations LLC | Active disconnect device |
CN111816505B (zh) * | 2020-06-30 | 2022-09-23 | 岭东核电有限公司 | 核电厂快关电磁阀控制电路和主蒸汽*** |
US11518033B2 (en) * | 2020-07-06 | 2022-12-06 | Kollmorgen Corporation | Method and apparatus for safely limiting the motion of a motor |
US20220239115A1 (en) * | 2021-01-28 | 2022-07-28 | Solaredge Technologies Ltd. | Method and Apparatus for Electrical Switching |
US11774127B2 (en) | 2021-06-15 | 2023-10-03 | Honeywell International Inc. | Building system controller with multiple equipment failsafe modes |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB489810A (en) * | 1936-07-24 | 1938-08-04 | Igranic Electric Co Ltd | Improvements in or relating to reversing control apparatus for a plurality of electric motors |
DE1227109B (de) * | 1959-12-16 | 1966-10-20 | Licentia Gmbh | Mechanisch arbeitender Schalter fuer Mehrphasenwechselstrom |
DE1415980A1 (de) * | 1961-10-26 | 1969-01-30 | Licentia Gmbh | Verfahren zum Schalten von Wechselstrom- oder Drehstromstarkstromkreisen |
EP0610711A1 (de) * | 1993-02-12 | 1994-08-17 | Robert Bosch Gmbh | Elektronische Steuervorrichtung für einen elektromotorischen Antrieb, insbesondere Garagentorantrieb |
DE19601540A1 (de) * | 1995-05-12 | 1996-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | Schaltungsunterbrecher und Schaltungsunterbrechungsvorrichtung |
EP0772216A1 (de) * | 1995-10-31 | 1997-05-07 | Eaton Corporation | Kontaktpositionsbestimmung aus der Spulenstrom in elektromagnetische Schütze mit durch Wechsel- oder Gleichstrom durchflossene Spule |
DE19707241A1 (de) * | 1997-02-25 | 1998-09-03 | Pilz Gmbh & Co | Modulares Sicherheitsschaltgerät |
WO2001027954A1 (de) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Aktoreinheit mit mindestens zwei schützen und einer sicheren ansteuereinheit |
DE10016712A1 (de) * | 2000-04-04 | 2001-10-18 | Pilz Gmbh & Co | Sicherheitsschaltgerät und Verfahren zur Einstellung einer Betriebsart eines Sicherheitsschaltgeräts |
DE10041633A1 (de) * | 2000-08-24 | 2002-03-07 | Moeller Gmbh | Schaltgeräteanordnung |
DE10127233C1 (de) * | 2001-05-22 | 2002-11-28 | Pilz Gmbh & Co | Sicherheitsschaltmodul und Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens eines Schaltelements in einem Sicherheitsschaltmodul |
EP1363306A2 (de) * | 2002-05-18 | 2003-11-19 | K.A. SCHMERSAL GmbH & Co. | Sicherheitsschalter, Sicherheitskreis mit Sicherheitsschaltern und Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitsschalters |
EP1484780A1 (de) * | 2003-06-03 | 2004-12-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Ansteuervorrichtung für sicherheitskritische Komponenten und entsprechendes Verfahren |
Family Cites Families (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2742511A1 (de) * | 1977-09-21 | 1979-03-22 | Siemens Ag | Vorrichtung zum ueberwachen des leistungsteils von drehstromwendeantrieben |
DE2949981A1 (de) * | 1979-12-12 | 1981-07-02 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schaltungsanordnung fuer umkehrschuetze von drehstrommotoren |
US4625283A (en) * | 1982-05-07 | 1986-11-25 | Cooper Industries, Inc. | Method and apparatus for digitally measuring alternating current |
US4630218A (en) | 1983-04-22 | 1986-12-16 | Cooper Industries, Inc. | Current measuring apparatus |
GB2215474B (en) | 1988-03-02 | 1992-01-02 | Cambridge Consultants | Methods and apparatus for monitoring oscillating signals |
FR2697387B1 (fr) * | 1992-10-28 | 1994-12-16 | Pierre Bodet | Dispositif destiné à entretenir un mouvement alternatif ou pendulaire. |
DE19718284C2 (de) * | 1997-05-01 | 2001-09-27 | Kuka Roboter Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Anlage mit mehreren Funktionseinheiten |
US5804979A (en) * | 1997-05-13 | 1998-09-08 | Fluke Corporation | Circuit for measuring in-circuit resistance and current |
US6175780B1 (en) * | 1998-04-06 | 2001-01-16 | Eaton Corporation | Accessory network for an electronic trip unit |
DE19925693B4 (de) * | 1999-06-04 | 2007-05-16 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Schaltungsanordnung zur gesicherten Datenübertragung in einem ringförmigen Bussystem |
DE10009707A1 (de) * | 2000-02-29 | 2001-09-06 | Pilz Gmbh & Co | Sicherheitsschaltvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Eingangsschalter |
JP2001257592A (ja) * | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Mitsubishi Electric Corp | 計測装置 |
DE10020074C5 (de) * | 2000-04-22 | 2010-04-29 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Modulares Sicherheitsschaltgeräte-System |
JP4271592B2 (ja) | 2003-02-12 | 2009-06-03 | 日本制禦機器株式会社 | セーフティコントローラ |
US7610119B2 (en) * | 2003-07-08 | 2009-10-27 | Omron Corporation | Safety controller and system using same |
JP5089378B2 (ja) * | 2004-04-19 | 2012-12-05 | ピルツ ゲーエムベーハー アンド コー.カーゲー | 安全回路用信号伝送装置 |
DE102004020997A1 (de) * | 2004-04-19 | 2005-11-03 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Sicherheitsschalteinrichtung für eine Sicherheitsschaltung |
CN100433219C (zh) * | 2004-08-01 | 2008-11-12 | 瞿建喜 | 倒顺、换向开关 |
JP3918950B2 (ja) * | 2005-04-19 | 2007-05-23 | オムロン株式会社 | セーフティデバイス |
US7551412B2 (en) * | 2005-05-09 | 2009-06-23 | Electronic Systems Protection Inc. | Wiring fault correction circuit |
DE102007032827A1 (de) * | 2006-01-12 | 2009-01-15 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung |
-
2006
- 2006-07-28 US US11/915,326 patent/US8363371B2/en active Active
- 2006-07-28 DE DE502006007907T patent/DE502006007907D1/de active Active
- 2006-07-28 JP JP2008524412A patent/JP4589436B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-07-28 DE DE502006007296T patent/DE502006007296D1/de active Active
- 2006-07-28 WO PCT/EP2006/007518 patent/WO2007014725A1/de active Application Filing
- 2006-07-28 DE DE502006002274T patent/DE502006002274D1/de active Active
- 2006-07-28 EP EP08017536.7A patent/EP2017868B1/de active Active
- 2006-07-28 CN CN201010610763XA patent/CN102013666A/zh active Pending
- 2006-07-28 EP EP08017537A patent/EP2017869B1/de active Active
- 2006-07-28 EP EP06762897A patent/EP1911058B1/de active Active
- 2006-07-28 CN CN2010106107714A patent/CN102176114B/zh active Active
- 2006-07-28 EP EP08017535A patent/EP2017867B1/de active Active
-
2012
- 2012-07-23 US US13/555,293 patent/US9239572B2/en active Active
- 2012-07-23 US US13/555,286 patent/US8675330B2/en active Active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB489810A (en) * | 1936-07-24 | 1938-08-04 | Igranic Electric Co Ltd | Improvements in or relating to reversing control apparatus for a plurality of electric motors |
DE1227109B (de) * | 1959-12-16 | 1966-10-20 | Licentia Gmbh | Mechanisch arbeitender Schalter fuer Mehrphasenwechselstrom |
DE1415980A1 (de) * | 1961-10-26 | 1969-01-30 | Licentia Gmbh | Verfahren zum Schalten von Wechselstrom- oder Drehstromstarkstromkreisen |
EP0610711A1 (de) * | 1993-02-12 | 1994-08-17 | Robert Bosch Gmbh | Elektronische Steuervorrichtung für einen elektromotorischen Antrieb, insbesondere Garagentorantrieb |
DE19601540A1 (de) * | 1995-05-12 | 1996-11-14 | Mitsubishi Electric Corp | Schaltungsunterbrecher und Schaltungsunterbrechungsvorrichtung |
EP0772216A1 (de) * | 1995-10-31 | 1997-05-07 | Eaton Corporation | Kontaktpositionsbestimmung aus der Spulenstrom in elektromagnetische Schütze mit durch Wechsel- oder Gleichstrom durchflossene Spule |
DE19707241A1 (de) * | 1997-02-25 | 1998-09-03 | Pilz Gmbh & Co | Modulares Sicherheitsschaltgerät |
WO2001027954A1 (de) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Aktoreinheit mit mindestens zwei schützen und einer sicheren ansteuereinheit |
DE10016712A1 (de) * | 2000-04-04 | 2001-10-18 | Pilz Gmbh & Co | Sicherheitsschaltgerät und Verfahren zur Einstellung einer Betriebsart eines Sicherheitsschaltgeräts |
DE10041633A1 (de) * | 2000-08-24 | 2002-03-07 | Moeller Gmbh | Schaltgeräteanordnung |
DE10127233C1 (de) * | 2001-05-22 | 2002-11-28 | Pilz Gmbh & Co | Sicherheitsschaltmodul und Verfahren zur Prüfung des Abschaltvermögens eines Schaltelements in einem Sicherheitsschaltmodul |
EP1363306A2 (de) * | 2002-05-18 | 2003-11-19 | K.A. SCHMERSAL GmbH & Co. | Sicherheitsschalter, Sicherheitskreis mit Sicherheitsschaltern und Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitsschalters |
EP1484780A1 (de) * | 2003-06-03 | 2004-12-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Ansteuervorrichtung für sicherheitskritische Komponenten und entsprechendes Verfahren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
"NOT-AUS-SCHALTGERAETE, SCHUTZTUERWAECHTER", ANNOUNCEMENT PILZ NSG-D-1-051-07/00, July 2000 (2000-07-01), pages 1 - 4, XP000961973 * |
Cited By (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2573890A1 (de) * | 2007-01-05 | 2013-03-27 | American Power Conversion Corporation | System und Verfahren zum Schaltkreisüberspannungsschutz |
US8625244B2 (en) | 2007-01-05 | 2014-01-07 | Schneider Electric It Corporation | System and method for circuit overcurrent protection |
WO2008124395A1 (en) * | 2007-04-06 | 2008-10-16 | Waltlow Electric Manufacturing Company | Hybrid power relay using communications link |
US7961443B2 (en) | 2007-04-06 | 2011-06-14 | Watlow Electric Manufacturing Company | Hybrid power relay using communications link |
US8422178B2 (en) | 2007-04-06 | 2013-04-16 | Watlow Electric Manufacturing Company | Hybrid power relay using communications link |
WO2009007104A1 (de) | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung |
US20100207720A1 (en) * | 2007-07-12 | 2010-08-19 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Safety device for multichannel controlling of a safety-related unit |
US8692420B2 (en) | 2007-07-12 | 2014-04-08 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Safety device for multichannel controlling of a safety-related unit |
EP2202592A3 (de) * | 2007-07-12 | 2013-03-27 | Phoenix Contact GmbH & Co. KG | Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Steuern einer sicherheitstechnischen Einrichtung |
US8744805B2 (en) | 2008-06-26 | 2014-06-03 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Monitoring system |
JP2011525667A (ja) * | 2008-06-26 | 2011-09-22 | フェニックス コンタクト ゲーエムベーハー ウント コムパニー カーゲー | 監視システム |
EP2239752A1 (de) * | 2009-04-08 | 2010-10-13 | Pilz GmbH & Co. KG | Sichere Schalteinrichtung und modulares fehlersicheres Steuerungssystem |
US8274771B2 (en) | 2009-04-08 | 2012-09-25 | Pilz Gmbh & Co. Kg | Safety switching device and modular failsafe control system |
EP2560180A3 (de) * | 2011-08-18 | 2014-02-05 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG | Sicherheitsschalteinrichtung |
KR20140063731A (ko) * | 2011-08-30 | 2014-05-27 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 안전 모터 시동기 |
EP2727125B1 (de) | 2011-08-30 | 2015-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Sicherer motorstarter |
KR102005388B1 (ko) | 2011-08-30 | 2019-07-30 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 안전 모터 시동기 |
EP2873083B1 (de) | 2012-08-30 | 2018-03-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät zum steuern der energiezufuhr eines nachgeschalteten elektromotors |
US9502881B2 (en) | 2012-08-30 | 2016-11-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Switchgear for controlling the energy supply of an electric motor connected thereto |
WO2014032718A1 (de) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltgerät zum steuern der energiezufuhr eines nachgeschalteten elektromotors |
CN104603899A (zh) * | 2012-08-30 | 2015-05-06 | 西门子公司 | 用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备 |
EP2733718A3 (de) * | 2012-11-16 | 2017-03-08 | Phoenix Contact GmbH & Co. KG | Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung von Signalen, die von einem OSSD-Ausgangselement kommen |
CN104781898A (zh) * | 2012-11-19 | 2015-07-15 | 西门子公司 | 用于控制连接在下游的电机的能量供给的开关设备 |
US9509132B2 (en) | 2012-11-19 | 2016-11-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Switching device for controlling energy supply of a downstream electric motor |
WO2016142163A1 (de) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | Wöhner GmbH & Co. KG Elektrotechnische Systeme | Schaltvorrichtung zum betreiben mindestens einer last |
CN107408469A (zh) * | 2015-03-06 | 2017-11-28 | 沃纳电工***两合股份有限公司 | 操作至少一个负载的开关设备 |
US10312900B2 (en) | 2015-03-06 | 2019-06-04 | Woehner Gmbh & Co. Kg Elektrotechnische Systeme | Switching device for operating at least one load |
CN107408469B (zh) * | 2015-03-06 | 2020-07-24 | 沃纳电工***两合股份有限公司 | 操作至少一个负载的开关设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120286862A1 (en) | 2012-11-15 |
US9239572B2 (en) | 2016-01-19 |
US20080225457A1 (en) | 2008-09-18 |
JP2009504123A (ja) | 2009-01-29 |
CN102176114A (zh) | 2011-09-07 |
US20120299578A1 (en) | 2012-11-29 |
DE502006007907D1 (de) | 2010-10-28 |
EP2017869B1 (de) | 2010-06-23 |
EP1911058A1 (de) | 2008-04-16 |
EP2017867A2 (de) | 2009-01-21 |
EP2017868A1 (de) | 2009-01-21 |
US8363371B2 (en) | 2013-01-29 |
US8675330B2 (en) | 2014-03-18 |
EP2017867B1 (de) | 2010-09-15 |
EP2017868B1 (de) | 2014-10-22 |
DE502006002274D1 (de) | 2009-01-15 |
JP4589436B2 (ja) | 2010-12-01 |
EP2017869A2 (de) | 2009-01-21 |
EP2017867A3 (de) | 2009-08-26 |
DE502006007296D1 (de) | 2010-08-05 |
EP2017869A3 (de) | 2009-08-26 |
EP1911058B1 (de) | 2008-12-03 |
CN102176114B (zh) | 2013-06-05 |
CN102013666A (zh) | 2011-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1911058B1 (de) | Sicherheitsschaltgerät zum steuern einer sicherheitstechnischen einrichtung in einen sicheren zustand | |
EP2817860B1 (de) | Sicherheitsschaltvorrichtung mit netzteil | |
EP2309641B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum fehlersicheren Überwachen eines elektromotorischen Antriebs | |
DE102005036777B4 (de) | Dreiphasige Leistungsendstufe | |
EP2104974B1 (de) | Spannungsschutzanordnung für ein elektronisches gerät | |
EP3059828A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur fehlerstromdetektion | |
DE102015107718A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Absichern einer Bordnetz-Komponente eines Fahrzeug-Bordnetzes | |
DE3401761C2 (de) | Regeleinrichtung | |
EP3696558A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur automatischen prüfung eines schaltorgans | |
EP1364459B1 (de) | Sicherheitsschaltvorrichtung | |
EP1726085B1 (de) | Verfahren zum betreiben einer versorgungseinheit für eine treiberschaltung sowie versorgungseinheit für eine treiberschaltung | |
DE10261454B4 (de) | Motorsteuerung mit sicherem Halt | |
EP2876509B1 (de) | Sicherheitssteuerung | |
DE3436776A1 (de) | Ueberwachungseinrichtung insbesondere fuer einen kollektorlosen gleichstrommotor | |
EP3602774B1 (de) | Diagnosefähiger sanftstarter, diagnoseverfahren und motoranordnung | |
DE112011101763T5 (de) | Fehlerschutzschaltung für eine IEC-61158-Feldbus-Abzweigleitung und Verfahren zu deren Anwendung | |
EP3483675A1 (de) | Eingangsschaltung zum fehlersicheren einlesen eines analogen eingangssignals | |
WO2020011329A1 (de) | Antriebsschaltung und verfahren zum betreiben einer antriebsschaltung | |
DE102009031875B4 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Drehstrommotors und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens | |
EP1988626A1 (de) | Überlastschutzschaltung | |
DE4242936A1 (de) | Sicherheitseinrichtung mit Mikroprozessor | |
DE19958039C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Vermeidung von Strom- und Spannungsspitzen | |
DE1588481C3 (de) | Schaltungsanordnung für Schutzrelais | |
DE1588417C (de) | Distanzschutz- oder Differentialschutzrelaisschaltung | |
DE19619904A1 (de) | Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2006762897 Country of ref document: EP |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2008524412 Country of ref document: JP Ref document number: 200680028363.X Country of ref document: CN |
|
WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 2006762897 Country of ref document: EP |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 11915326 Country of ref document: US |