Sicherheitsschalteinrichtung |
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申请号 | EP12180866.1 | 申请日 | 2012-08-17 | 公开(公告)号 | EP2560180B1 | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
申请人 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG; | 发明人 | Eilers, Markus; Peter, Henry; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Sicherheitsschalteinrichtung mit einem Reset-Eingang zum Starten der Sicherheitsschalteinrichtung nach einem Auslösen ihrer Sicherheitsfunktion, wobei eine Auswerteschaltung mit dem Reset-Eingang verbunden ist, um das Anlegen eines Startsignals zu erfassen, und die Sicherheitsschalteinrichtung verschiedene Startmodi bereitstellt und ausgeführt ist, einen Startmodus in Übereinstimmung mit dem erfassten Startsignal auszuwählen. Sicherheitsschalteinrichtungen wie beispielsweise Sicherheitsrelais oder ähnlichen sind im Stand der Technik als solche bekannt und werden verwendet, um Schaltvorgänge in sicherheitsrelevanten Bereichen durchzuführen. Im Fehlerfall erfolgt das Auslösen ihrer Sicherheitsfunktion, wodurch die Sicherheitsschalteinrichtung eine vorgegebene Operation durchführt. Es wird ein sicherer Zustand erreicht, beispielsweise indem eine Last vom Netz getrennt wird. Dieser Zustand kann jedoch nach dem Beseitigen des Fehlers zu einem ungewünschten Verhalten führen. Daher ist bei derartigen Sicherheitsschalteinrichtungen bekannt, diese mit einem Reset-Eingang auszuführen, um sie nach dem Auslösen ihrer Sicherheitsfunktion in einen wohl definierten Anfangszustand zurücksetzen zu können. Die Implementierung der Resetfunktion in der Sicherheitsschalteinrichtung wird dadurch realisiert, dass an einem Reset-Eingang ein anliegendes analoges Startsignal, beispielsweise ein anliegender Spannungspegel oder eine Spannungsflanke, mit einer analogen Auswerteschaltung erfasst wird. In der Praxis hat sich dabei herausgestellt, dass verschiedene Arten der Durchführung eines Resets und eines damit verbundenen Startmodus der Sicherheitsschalteinrichtung vorteilhaft sein können. Dies wird üblicherweise dadurch realisiert, dass unterschiedlich ausgeführte Sicherheitsschalteinrichtungen mit dem jeweils erwünschten Startmodus bereitgestellt und nach den jeweiligen Anforderungen ausgewählt und eingesetzt werden. Darüber hinaus ist aus der noch nicht veröffentlichten Weiter ist aus der Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschalteinrichtung anzugeben, die universell unterschiedliche Startmodi auswählen kann, wobei die Auswahl der Startmodi schnell, einfach und mit einer hohen Zuverlässigkeit durchgeführt wird. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist somit eine Sicherheitsschalteinrichtung mit einem Reset-Eingang zum Starten der Sicherheitsschalteinrichtung nach einem Auslösen ihrer Sicherheitsfunktion angegeben , wobei eine Auswerteschaltung mit dem Reset-Eingang verbunden ist, um das Anlegen eines Startsignals zu erfassen, und die Sicherheitsschalteinrichtung verschiedene Startmodi bereitstellt und ausgeführt ist, einen Startmodus in Übereinstimmung mit dem erfassten Startsignal auszuwählen, wobei die Auswerteschaltung eine Abtasteinrichtung umfasst, um das an dem Reset-Eingang anliegende Signal abzutasten und aus einer Folge von Abtastwerten zu erfassen. Grundgedanke der Erfindung ist somit, die Erfassung des analogen Startsignals mittels einer digitalen Abtastung durchzuführen, wobei dann das jeweilige Startsignal aus einer Folge von Abtastwerten erfasst wird. Die Länge der Folge kann abhängig von den Arten der definierten Startsignale gewählt werden und prinzipiell beliebig sein. Vorteilhaft ist es jedoch, aus einer möglichst kurzen Folge von Abtastwerten das jeweilige Startsignal zu erfassen, um einen schnellen Neustart zu ermöglichen. Die Abtastung kann mit beliebigen Parametern erfolgen, um sowohl einfache Signale wie auch komplexe Signale, beispielsweise wohl definiert Pegelverläufe, als Startsignal verwenden zu können. Die Anzahl der unterschiedlichen Startmodi kann durch die Auswahl der Parameter für die Abtastung des an dem Reset-Eingang anliegenden Signals praktisch beliebig hoch gesetzt werden. Mit einer Verlängerung der Zeitdauer der Abtastung und einer damit einhergehenden erhöhten Anzahl von Abtastwerten kann das Startsignal mit einer hohen Zuverlässigkeit erfasst werden, da kurzzeitige temporäre Abweichungen von dem Startsignal unberücksichtigt bleiben. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteschaltung ausgeführt, einen Spannungspegel als Startsignal zu erfassen. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteschaltung ausgeführt, eine Spannungsflanke als Startsignal zu erfassen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Auswerteschaltung ausgeführt, ein getaktetes Signal als Startsignal zu erfassen. Aufgrund der Flexibilität bei der Erfassung des Startsignals ist es möglich, verschiedene der oben genannten Startsignale in einer Auswerteschaltung zu erfassen. Die genannten Arten von Startsignalen sind einfach zu erzeugen und ermöglichen eine zuverlässige Erfassung durch die Auswerteschaltung. Eine Kombination der verschiedenen Signale ist ebenfalls möglich. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Reset-Eingang mit einem Spannungspegel vorgespannt. Die Vorspannung bildet einen Ruhepegel, sodass Abweichungen davon als Indikation eines Startsignals erkannt werden können. Insbesondere das Anlegen eines Massesignals kann leicht erfasst werden. Um die Sicherheitsschalteinrichtungen und deren Beschaltung einfach zu halten werden bevorzugt leicht verfügbare Spannungspegel zur Signalisierung verwendet. Dies betrifft neben der Masse eine bereitstehende Betriebsspannung. Bei einer Vorspannung mit einem dazwischenliegenden Spannungspegel kann durch das Vorspannen des Reset-Eingangs sowohl ein anliegendes Signal mit einem Massepegel wie auch mit einem Betriebsspannungspegel als Startsignal erfasst werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Auswerteschaltung einen Spannungsteiler auf, über den der Abtasteinrichtung ein Teil des an dem Reset-Eingangs anliegenden Signals zum Abtasten zugeführt wird. Dies ermöglicht es, Startsignale mit im Wesentlichen beliebigen Spannungspegeln zu verwenden, da über den Spannungsteiler an der Abtasteinrichtung nur für diese geeignete Spannungspegel anliegen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteschaltung Mittel auf, um einen Abtast-Eingang der Abtasteinrichtung im Fehlerfall zu schützen. Derartige Mittel können beispielsweise Entkopplungsmittel sein, die den Reset-Eingang bei einem Kurzschluss von der Abtasteinrichtung entkoppelt. Derartige Kopplungsmittel können beispielsweise einen Kopplungswiderstand umfassen, der einen Strom zur Abtasteinrichtung begrenzt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Entkopplungsdiode mit dem Eingang der Abtasteinrichtung verschaltet sein, um einen Spannungspegel an deren analogen Eingang zu begrenzen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Sicherheitsschalteinrichtung eine Überprüfungseinrichtung umfassen, die angeordnet und ausgeführt ist, an der Abtasteinrichtung verschiedene Startsignale bereitzustellen. Die Überprüfungseinrichtung kann die Startsignale unmittelbar an der Abtasteinrichtung bereitstellen, oder an einer beliebigen Stelle zwischen dem Reset-Eingang und der Abtasteinrichtung. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Überprüfungseinrichtung die verschiedenen Startsignale an einem Ausgangskontakt der Sicherheitsschalteinrichtung bereitstellt, und diese über eine externe Verkabelung dem Reset-Eingang zugeführt werden. Insbesondere in sicherheitsrelevanten Schalteinrichtungen ist auch die korrekte Funktion des Neustarts bzw. des Resets sicherzustellen, so dass eine Überprüfung dieser Funktion die Betriebssicherheit verbessert. Durch die Bereitstellung verschiedener Startsignale kann die Reaktion der Sicherheitsschalteinrichtung auf alle derartigen Startsignale überprüft werden. Die Sicherheitsschalteinrichtung kann eine Betätigungseinrichtung, beispielsweise in der Form eines Schalters oder Tasters umfassen, um eine Überprüfung der Auswerteschaltung durchzuführen, oder die Überprüfung wird über einen Signaleingang der Sicherheitsschalteinrichtung signalisiert und gestartet. Entsprechend kann auch eine Ausgabe des Überprüfungsergebnisses über den Signaleingang oder andere geeignete Ausgabemittel, beispielsweise eine optische Anzeige, erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Überprüfungseinrichtung angeordnet und ausgeführt, an der Abtasteinrichtung verschiedene Startsignale als modulierte Signale bereitzustellen. Durch die Modulation können verschiedene Startsignale einfach erzeugt werden, wobei gleichzeitig eine universelle Erzeugung von Startsignalen erfolgen kann. Beispielsweise kann die Überprüfungseinrichtung einen Ausgang haben, der mit einem Eingang der Abtasteinrichtung verbunden ist, um diesen Eingang entweder auf Masse oder einen vordefinierten Spannungspegel, beispielsweise Betriebsspannung, zu legen. Durch zeitliche Abfolge aus Spannungspegeln und Masse können beliebige Startsignale bereitgestellt werden. Wenn der Eingang der Abtasteinrichtung mit dem vordefinierten Spannungspegel vorgespannt ist, kann es ausreichen, den Eingang der Abtasteinrichtung über die Überprüfungseinrichtung auf Masse zu legen, um die Startsignale zu modulieren. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Signalerzeugungseinheit vorgesehen und mit einem Ausgangskontakt der Sicherheitsschalteinrichtung verbunden, um an dem Reset-Eingang ein Startsignal bereitzustellen. Das von der Signalerzeugungseinheit bereitgestellte Signal wird über eine angeschlossene Schaltung an die Sicherheitsschalteinrichtung, genauer an ihren Reset-Eingang, zurückgeleitet, um als Startsignal erfasst zu werden. Durch die Vorgabe der Signale durch die Signalerzeugungseinheit wird sichergestellt, dass nur geeignete Signale als Startsignale an dem Reset-Eingang angelegt werden. Fehler, die sich durch eine externe Erzeugung der Startsignale ergeben, werden vermieden. Die Signalerzeugungseinheit kann beispielsweise einen Spannungspegel oder ein Taktsignal erzeugen, die zur Erzeugung von Startsignalen verwendbar sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl Signalerzeugungseinheiten vorgesehen und mit jeweils einem Ausgangskontakt der Sicherheitsschalteinrichtung verbunden, wobei die Ausgangskontakte der Signalerzeugungseinheiten zusammenschaltbar sind, um an dem Reset-Eingang ein vorgegebenes Signal bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Signalerzeugungseinheit wenigstens einen konstanten Spannungspegel bereitstellen, und eine weitere Signalerzeugungseinheit ein getaktetes Signal, das mit dem konstanten Spannungspegel überlagert wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Sicherheitsschalteinrichtung ein Sicherheitsrelais. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 umfasst eine Auswerteschaltung 2, die mit einem analogen Reset-Eingang IN der Sicherheitsschalteinrichtung 1 verbunden ist. Die Auswerteschaltung 2 umfasst eine Eingangsschaltung 3 und eine Abtasteinrichtung 4, die in Weiterhin umfasst die Eingangsschaltung 3 einen Spannungsteiler 5 mit zwei Widerständen R2, R3, zwischen denen ein Potential V2 abgegriffen wird. Das Potential V2 entspricht somit dem jeweils an dem Reset-Eingang IN anliegenden Potential, ist jedoch für einen Abtasteingang AI der Abtasteinrichtung 4 als Eingangspegel geeignet. Zusätzlich weist die Eingangsschaltung 3 als Schutz für die Abtasteinrichtung 4 einen Widerstand R4 und eine Diode D2 auf, über welche das Potential V2 des Spannungsteilers 5 mit dem Abtasteingang AI der Abtasteinrichtung 4 verbunden ist. Der Widerstand R4 ist als Entkoppelwiderstand in der Verbindung des Potentials V2 mit dem Abtasteingang AI ausgeführt, während die Diode D2 über Masse mit dieser Verbindung gekoppelt ist, um einen Pegel an dem Abtasteingang AI der Abtasteinrichtung 4 zu begrenzen. Der Widerstand R4 fängt somit den Fehlerfall eines Kurzschlusses des Widerstands R2 des Spannungsteilers 5 auf, während die Diode D2 bei einem Fehler des Widerstands R1 eine Begrenzung der Eingangsspannung an dem Abtasteingang AI der Abtasteinrichtung 4 bewirkt. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Überprüfungseinrichtung 6, in Die Abtasteinrichtung 4 ist ausgeführt, um über die Eingangsschaltung 3 ein an dem Reset-Eingang IN anliegendes analoges Signal abzutasten und daraus ein Startsignal zu erfassen. Dazu wird eine Folge von Abtastwerten ausgewertet, und im Fall der Erfassung eines Startsignals eine Mitteilung an eine hier nicht gezeigte Steuereinrichtung der Sicherheitsschalteinrichtung 1 gesendet. Die Auswerteschaltung 2 ist dabei ausgeführt, sowohl Spannungspegel, Spannungsflanken als auch getaktete Signale als Startsignale zu erfassen. Durch die Vorspannung des Reset-Eingangs IN kann sowohl das Anlegen von Masse wie auch eines von der Vorspannung V1 unterschiedlichen Spannungspegels durch die Abtasteinrichtung 4 erfasst werden. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 wählt einen Startmodus in Übereinstimmung mit dem erfassten Startsignal aus, um nach dem Auslösen ihrer Sicherheitsfunktion einen Neustart durchzuführen. Die Überprüfungseinrichtung 6 ist ausgeführt, über den Widerstand R5 an dem Abtasteingang AI der Abtasteinrichtung 4 verschiedene Startsignale als modulierte Signale anzulegen. Dazu wird ein an dem Abtasteingang AI anliegender Spannungspegel V3 über den Widerstand R5 durch Anlegen der Betriebsspannung Vcc bzw. Masse angehoben oder gesenkt, um so verschiedene Startsignale zu erzeugen. Die Abtasteinrichtung 4 ist mit der Überprüfungseinrichtung 6 verbunden, um das erfasste Startsignal zu dieser übertragen zu können, so dass Überprüfungseinrichtung 6 das erzeugte Startsignal mit dem von der Abtasteinrichtung 4 erfassten Startsignal vergleichen kann, um die Funktion der Abtasteinrichtung 4 zu überprüfen. Die Sicherheitsschalteinrichtung 1 umfasst weiterhin eine Energieversorgungseinheit 7, die mit zwei Versorgungseingängen A1, A2 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 verbunden ist. Die Energieversorgungseinheit 7 wird an eine Energiequelle 11 angeschlossen, um die Sicherheitsschalteinrichtung 1 mit Energie zu versorgen, wie in den Weiterhin umfasst die Sicherheitsschalteinrichtung zwei Signalerzeugungseinheiten 8, 9, die als erster und zweiter Takterzeuger ausgeführt sind. Die beiden Signalerzeugungseinheiten 8, 9 sind mit entsprechenden Taktausgängen T0, T1 der Sicherheitsschalteinrichtung 1 verbunden, und stellen darüber verschiedene Taktsignale bereit. Die Takterzeugung in den Signalerzeugungseinheiten 8, 9 wird über die Abtasteinrichtung 4 gesteuert. Unter Bezug auf die Die Gemäß den Die Zuordnung der Startsignale zu den verschiedenen Startmodi gemäß den
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