CN101400939A - 安全地接通和断开包括微控制器的用电器的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于安全地接通或断开电气负载(22)特别是自动运行的系统(16)的安全开关设备(10)和方法。设备(10)包括用于第一信号发出元件(18)的第一端口(32)、用于第二信号发出元件(20)的第二端口(34)、耦合到第一开关启动装置(36)的第一开关装置(40)、耦合到第二开关启动装置(38)的第二开关装置(42)。只有在各信号发出元件(18、20)的启动之间的时间小于预定的最大持续时间(Tmax)的情况下，时间监视器(60)才启动第一和第二开关启动装置(36、38)。各开关启动装置(36、38)的启动依次使各开关装置(40、42)接通，从而负载(22)被接通。为了启动开关启动装置(36、38)，需要将与开关启动装置(36、38)串联的第一和第二开关元件(48、52)接通。根据本发明的一个方面，时间监视涉及提供至少一个第一微控制器(56)，该微控制器用来检测信号发出元件(18、20)的启动，并用来在未达到最大持续时间(Tmax)的情况下启动各开关元件(48、52)。

Description

安全地接通和断开包括微控制器的用电器的设备和方法
本发明涉及一种用于安全地接通和断开电气负载(尤其是自动化装置)的安全开关设备，该设备具有用于第一信号发出元件的第一端口、用于第二信号发出元件的第二端口、耦合到第一开关启动器的第一开关装置、耦合到第二开关启动器的第二开关装置，还具有时间监视器，该时间监视器用来在第一信号发出元件的启动和第二信号发出元件的启动之间的时间小于预定的最大持续时间时，通过启动第一和第二开关启动器使第一和第二开关装置接通，其中，第一开关元件与第一开关启动器串联连接，第二开关元件与第二开关启动器串联连接。
本发明还涉及一种用于安全地接通和断开电气负载(尤其是自动化装置)的方法，该方法具有下面的步骤：
-提供第一信号发出元件，
-提供第二信号发出元件，
-提供耦合到第一开关启动器的第一开关装置，
-提供耦合到第二开关启动器的第二开关装置，
-提供与第一开关启动器串联连接的第一开关元件，
-提供与第二开关启动器串联连接的第二开关元件，以及
-如果第一信号发出元件的启动和第二信号发出元件的启动之间的时间小于预定的最大持续时间，则通过启动第一和第二开关启动器使第一和第二开关装置接通。
这种安全开关设备以及这种方法见于DE 42 15 327 C2。
属于本发明意义内的安全开关设备是至少符合欧洲标准EN 954-1的第3类目(第4类目最好)或类似安全标准的任何开关设备。这特别包括开关装置、安全控制器，以及传感器和启动器模块，它们用于在工业生产环境的部门中控制和执行对安全要求严格的功能。
在这种情况下，特别地，已知这样的开关装置：该开关装置对起动按钮、紧急关闭开关、防护门或任何其它期望的信号发出装置的工作位置进行监视，并据此切断机器或机器部件的电源。
这种安全开关设备的故障可以对机器操作人员产生危及生命的后果，为此，一般只有得到有资格的规章制定机构(例如，在德国是事故预防及保险协会(the Accident Prevention and Insurance Association，“Berufsgenossenschaft”))的许可，才能使用该种安全开关设备。
例如以双手开关装置的形式提供这种安全开关设备的应用。这种开关装置的功能通常是，只有当操作人员按下两个按钮时才允许启动机器或机器部件。在这种情况下，设置各按钮，例如通过以合适的方式将各按钮彼此隔开，使得需要操作人员的左手和右手来进行启动。这打算防止操作人员在一只手仍然处于机器的危险区中时就启动机器。
为了减少装置错误操作或操纵的可能性，通常为双手开关装置配备有时间监视器。该时间监视器为启动机器设置其它条件，即，设置了在启动第一和第二按钮(更一般地说，第一和第二信号发出元件)之间应该经过的唯一的某个最大持续时间。如果超出了该最大持续时间，则即使两个按钮都按下也不能启动机器。这打算防止操作人员用一只手按下第一按钮并违规地锁定/钳住该按钮，然后用同一只手去启动第二按钮。
在这个意义上，DE 42 15 327 C2提出了一种用于安全开关设备的电路。其中公开的双手开关系统的原理基于这样的事实：在每种情形下，在两个通道中对一个电容进行充电。如果按下第一按钮，则第一继电器被连接。同时，通过将第二电容与电源电压的一极断开并将其经由可调电位计连接到电源电压的另一极，使第二电容的充电操作结束。以这种方式，第二电容的放电过程开始。如果此时按下第二按钮，则第二电容中剩下的能量被传导到第二继电器。如果只过去了较短时间，则该电容中的电荷就足以激励/闭合该继电器。另一方面，如果过去的时间太长，即，电容已经放了太多电，则能量就不足以使第二继电器闭合。在这种情况下，不能接通负载。
然而，所述电路的一个缺点是：在某些情况下，有可能使负载以一种不希望的方式短时间接通。例如，当电容经由继电器放电时就是这种情况，尽管用于对继电器供电的电路(至少临时地)不能使该继电器保持在能起作用的位置上。在这种情况下，负载在短时间内被接通和断开，无论从安全的角度看，还是从设备的角度看，这是不希望见到的。
此外，不利的是，作为通过电容间接地启动继电器的结果，总是需要使电容、继电器和电位计彼此匹配。在电压和/或温度改变的情况下，需要经常重复该匹配过程。
在市场上也可以见到电子安全开关装置，诸如例如由本申请人推出的产品PNOZ e2.1p和PNOZ e2.2p。因为这些装置完全是电子的，所以可以非常准确地限定控制环，并且不需要进行匹配或校准。然而，在纯电子解决方案的情况下，因为能量流和开关信息的处理分开进行，所以组件部分和软件的复杂程度增加。
在这个背景下，本发明的一个目的是：公开一种高成本效率的安全开关设备和方法，用于安全地接通和断开电气负载，其中，避免了不正确的短时间接通的风险，可以更直接地进行时间监视，并且使得即使在改变环境条件的情况下，时间监视也经受较少起伏。
根据本发明的一个方面，利用具有开始时所提到的类型的安全开关设备实现了该目的，其中，时间监视器具有至少第一微控制器，该微控制器用来检测第一和第二信号发出元件的启动，并在未达到最大持续时间的情况下接通第一和第二开关元件。
另外，本发明的目的通过具有在开始时所提到的类型的方法来实现，其中，还要执行下述步骤：
-使用第一微控制器来检测第一信号发出元件的启动和第二信号发出元件的启动之间的时间差，以及
-利用从第一微控制器发送到第一和第二开关元件的控制信号来启动第一和第二开关启动器。
本发明的具体特征在于，电气和电子组件在这里以有利的方式结合起来。首先，以结合的方式进行能量的流动和输入信息(例如“安全电路闭合”)的处理。这意味着，能量的流动原则上也总是需要闭合的安全电路。所以，不需要对由信号发出元件控制的安全电路进行专门监视。
其次，开关启动器(例如，继电器)的启动经由信号发出元件所在的同一电流路径来实现。其结果是，防止开关启动器能以不希望的方式短时间地被接通。
借助至少一个微控制器，在安全开关设备的电子部分中执行与安全相关的同时性监视，即，确保各信号发出元件的启动之间的时间不超过某个最大持续时间的时间监视。因此，可以非常准确地设置时间监视器，且该时间监视器对电压和温度(或其它容易进行补偿的因素)的依赖可以忽略。因此，开关启动器的接通首先依赖于安全电路是否已经由信号发出元件闭合，但其次也依赖于由微控制器获得了经由开关元件的开启/释放。所以，根据本发明的设备和方法非常可靠。
微控制器的使用还使得可以以简单的方式检查要接通的电气负载所要满足的其它条件。因此，微控制器可以询问例如欲与第一和第二开关启动器的启动相关的其它信号的存在。
因此，可以完全实现上述目的。
在本发明的细化中，用于启动第一开关启动器的第一电流路径这样经过第一端口，使得用于启动第一开关启动器的第一端口需要被切换为低阻。
这导致为了启动开关启动器并因此接通例如继电器需要满足的其它条件。换言之，这意味着，为了能够启动第一开关启动器，电流必须既流经第一端口，又流经开关启动器。
在这种情况下，术语“处于低阻”应该理解为是指：第一信号发出装置的第一端口方向上的电路的输入电阻能够使电流足够高以启动开关启动器。如果电阻太高，所获得的电流不足以激活开关启动器。
应该注意，在考虑输入电阻时，需要考虑沿着经过第一端口并通过第一开关启动器的电流路径的电阻。
作为选择，或另外，本发明也可以设置用于启动第二开关启动器的第二端口需要被切换为低阻。
在本发明的另一个细化中，第一信号发出元件具有至少一个第一常闭触点和一个第一常开触点，其中，在休息状态中，第一常开触点断开，且第一常闭触点闭合，在启动状态中，第一电流路径的路线经过第一常开触点。术语“启动状态”应该理解为是指，当各开关启动器从休息状态变为工作状态后的状态。
这种实施例允许进行其它与安全相关的检查。例如，可以检查在休息状态中常闭触点是否闭合。这可以通过电压测量来实现，因为，对于预定的设计，需要将第一常闭触点连接到某个电压。另外，一旦常闭触点断开，就可以识别出第一信号发出元件启动开始，并可以基于期望的实现开始检测时间。
然而，只有在第一常开触点闭合时才可能有电流流过开关启动器。如果出了故障，第一常开触点没有闭合，则不能启动第一开关启动器。由于第一常闭触点和第一常开触点依赖于不同的电势，所以安全开关设备可以识别至少三个不同的状态：
如果测量出第一电势，例如0V，则可以推断出常闭触点是闭合的。如果既没有正电流也没有负电流从安全开关设备流入第一端口，那么，这表明要不第一信号发出元件没有连接上，要不存在一个中间状态，其中第一常闭触点断开，但第一常开触点还没有闭合。另一方面，如果检测出第二电势，例如24V，则可以推断出第一常闭触点已经断开，第一常开触点已经闭合。
作为选择，或另外，可以以同样的方式为第二信号发出元件配备至少一个第二常闭触点和一个第二常开触点。
在本发明的另一个细化中，第一开关指示器与第一开关装置相关，第二开关指示器与第二开关装置相关，其中，所述第一开关指示器和所述第二开关指示器各自的状态由第一微控制器进行监视，以便确定开关装置的预期状态和该开关装置的实际状态之间的差异。
这就进一步提高了安全性。在这种情况下，特别地设置开关指示器，使得利用各自的开关装置来确实地驱动这些开关指示器。这意味着，可以利用开关指示器来检测各开关装置的状态。就安全而言，这是意义重大的，可以识别出开关装置的非预期的状态。
如果，例如，对第一开关启动器解除启动，则应该导致第一开关装置断开。然而，如果由第一开关指示器检测出第一开关装置仍然是闭合的，则可以识别出故障，并可以进行切断。原则上，也可以只为第一或只为第二开关装置提供开关指示器。
在本发明的另一个细化中，第一微控制器具有监视输入，用于就负载的状态发出信号，并用于识别负载中的故障事件。
该措施可以进一步增强安全性。因为负载的状态信息存在，并且可以识别出负载中的故障事件，所以尽管所述安全开关设备本身的运行没有任何故障，但是可以抑制第一和第二开关装置的接通。
本发明的另一个细化中包含冗余的第二微控制器，用来以这样的方式与第一微控制器相互作用，使得只有当第二微控制器也确定为未达到最大持续时间时才能进行第一和第二开关启动器的启动。
该措施也进一步提高本发明所述设备或本发明所述方法的安全性。因此，例如可以允许第一微控制器中产生缺陷，其中该缺陷导致第一和第二开关启动器本身即使在超过最大持续时间时也会被启动。这种缺陷可以利用第二微控制器进行识别和消除。
在这种情况下，第一和第二微控制器的配置优选使它们彼此互相监视，并且在评估结果出现差异时抑制第一和第二开关启动器的启动。如果这两个微控制器又被相同的信号驱动，则也可以将所接收信号的识别上的差异识别为故障，并进行相应的处理。
在本发明的另一个细化中，第三开关元件与第一开关启动器串联连接，第四开关元件与第二开关启动器串联连接，这些开关元件由第二微控制器进行驱动。
这是提高故障保护(failsafeness)的另一个方面。例如，如果此时在第一开关启动器中应该流过电流，则第一和第三开关元件需要被接通。只要这些元件中的一个是断开的，则开关启动器不能被启动，并且第一开关装置被防止接通。
在本发明的另一个细化中，第二信号发出元件具有至少一个第二常闭触点和第二常开触点，其中，在休息状态中，第二常闭触点闭合，第二常开触点断开，在启动状态中，第二电流路径的路线经过第二常开触点，第一常开触点允许与第一电势形成第一连接，第二常开触点允许与第二电势形成第二连接。
通过在出现交叉(crossover)的情况下抑制开关启动器的启动，该细化从而增加另一个与安全相关的方面。
本发明的另一个细化包括模式选择装置，用于根据信号发出元件的类型来设置安全开关设备的工作模式。
在一些应用中，信号发出装置具有简单的常开触点形式就足够了。然而，出于安全的原因，如果信号发出装置的形式为常闭和常开触点的结合，那么是有利的。因为不同的信号发出装置可以经历不同的状态序列，所以相应的电路需要与所使用的信号发出装置匹配。该细化提供有利的选项，即集成模式选择装置，优选在第一和/或第二微控制器中集成模式选择装置，以便可以以简单的方式将各电路与各种信号发出装置匹配。
如果使用第一种类型(只是常开触点)的信号发出装置，则模式选择装置的作用是：微控制器只监视所述常开触点的闭合和断开。另一方面，如果使用第二种类型(常闭和常开触点的结合)的信号发出装置，则微控制器可以对信号发出元件的常闭触点和常开触点都进行这种监视。结果，就可以确定工作序列中的故障，并执行真实性检查(plausibility check)。
在本发明的一个细化中，第一微控制器用来检测信号发出元件的类型。
以这种方式，一方面，可以以简单的方式执行模式选择装置的配置。然而，其次，也可以对所执行的调整进行真实性检查。因此，例如，在第一次使用电气负载之前可以要求执行配置过程，而该配置过程要求信号发出元件的启动。
如果微控制器确定为例如“高阻”、“电势”和“高阻”状态，则可以推断出，在被监视的端口处连接着第一种类型的信号发出装置。另一方面，如果出现的序列为例如“第一电势”、“高阻”和“第二电势”，则表明按下了第二种类型的信号发出装置。此时可以利用该信息来设置工作模式，或如果以其它方式预定了工作模式的话，可以检查工作模式。
应该理解，上述特征以及下面将要说明的其它特征不仅可以以各个给定的组合来使用，而且可以以其它组合使用或可以独立使用，而不离开本发明的范围。
本发明的示例性实施例在附图中得到更详细的显示，并在下文中得到更详细的说明。在附图中：
图1示出具有安全开关设备的设备的设计例子；
图2示出具有两个信号发出装置的安全开关设备的基本设计；
图3将图2简化示出为方框电路图；
图4示出不同类型信号发出装置的可供选择的使用。
在图1中，用附图标记12整体表示出一种具有新型安全开关设备10的构造。本例中的构造12包含电源14、机器16和安全开关设备10，第一信号发出装置18和第二信号发出装置20被连接到安全开关设备10。
机器16是负载22，只有当第一信号发出元件18的启动和第二信号发出元件20的启动之间的时间间隔T小于预定的最大持续时间Tmax时，才能接通该负载以进行工作操作。
为了接通机器16，安全开关设备10驱动两个接触器(contactor)24、26，这两个接触器的工作触点(working contact)28、30被设置连接在电源14和机器16之间。只有当两个接触器24、26闭合了其工作触点28、30时，机器16才能执行工作操作。
如果在信号发出元件18、20启动之前或期间识别出故障，则接触器24、26中的至少一个接触器不接合。结果，机器16中保持没有电流。如果在工作触点28、30连接上后发现故障，则通过接触器24、26中的至少一个断开接合，可以将电源与机器16断开。
下面说明安全开关设备10的优选示例性实施例。在这种情况下，相同的附图标记表示与前面相同的元件。
图2示出安全开关设备10的简化电路图。在第一端口32处，连接有具有第一常开触点S1a和第一常闭触点S1b的第一信号发出元件18。第一常开触点S1a的一端在第一端口32处与常闭触点S1b相连接。第一常开触点S1a的另一端与第一端子K1的第一电势U1连接。另一方面，常闭触点S1b与第二端子K2的第二电势U2连接。在第二端口34处，连接有第二信号发出元件20。第二元件20具有第二常开触点S2b和第二常闭触点S2a，这两个触点各自的一端在第二端口34处彼此相连接。第二常开触点S2b的剩下的一端与第二端子K2的第二电势U2连接，第二常闭触点S2a的剩下的一端与第一端子K1的第一电势U1连接。
安全开关设备10具有第一开关启动器36和第二开关启动器38。在本示例性实施例中，开关启动器36、38皆为继电器线圈的形式。第一开关启动器36与第一开关装置40相互作用，第二开关启动器38与第二开关装置42相互作用。如果第一开关启动器36流过足够大的电流，则开关装置40闭合。如果第二开关启动器38流过足够大的电流，则开关装置42闭合。只有当两个开关装置40、42闭合时，电流才可以在输出端44、46之间流动。
第一开关元件48和第三开关元件50与第一开关启动器36串联连接。由于电流流过第一开关启动器36，所以绝对需要第一开关元件48和第三开关元件50都接通。这一点类似地也适用于与第二开关启动器38串联连接的第二开关元件52和第四开关元件54。
在本例中，开关元件48、50、52、54为晶体管的形式。在这种情况下，第一开关元件48和第二开关元件52由第一微控制器56在各自的基极进行驱动。第三开关元件50和第四开关元件54由第二微控制器58在各自的基极进行驱动。微控制器56、58及其接线被设计成冗余的，以便能够识别故障。
微控制器56、58为时间监视器60的一部分，时间监视器60用来只在第一信号发出元件18的启动和第二信号发出元件20的启动之间的时间未达到预定的最大持续时间时，才通过激励第一和第二开关启动器36、38，来使第一和第二开关装置40、42接通。
如果第一和第三开关元件48、50被接通，则可以经由第一开关启动器36产生第一电流路径62。为了可以产生这种第一电流路径62，需要将第一端口32切换为低阻。这意思是，在第一端口32的方向上从第一开关启动器36来看，第一端口32不应该是开路的(高电阻)，因为，如果是开路的话则没有电流或没有足够的电流可以通过开关启动器36提供。相反，需要在第一端口32处连接低阻元件，在这种情况下为第一常开触点S1a。所以，简单地接通第一和第三开关元件48、50不足以建立第一电流路径62。
特别是在考虑另一种情景时，可以看出这种方案的具体特征，在该情景中，第二开关启动器36不是连接在第一端口32上，而是直接连接在端子K1的电势上。在这种情况下，无论何时第一和第三开关元件48、50接通，都会建立起第一电流路径62。所以，第一电流路径62可以独立于第一端口32的状态。
因此，同样的情形也发生在第二电流路径64上，一旦第二和第四开关元件52、54接通，第二电流路径64就可以流过第二开关启动器38。在这种情况下，需要将第二端口34切换为低阻，这在本例中通过第二常开触点S2b来实现。
安全开关设备10也具有与第一开关装置40相关的第一开关指示器66和与第二开关装置42相关的第二开关指示器68。
下面将参考第一开关指示器66来说明开关指示器66、68的功能。
对于正常操作，假设当第一电流路径62存在时，第一开关装置40闭合，当第一电流路径62中断时，第一开关装置40断开。
然而，在出现故障时，可能发生这样的情形：第一开关装置40不管第一电流路径62的存在而保持断开，或者第一开关装置40不管第一电流路径62的中断而保持闭合。
识别这种故障事件的可能方案是直接与第一开关装置40耦合的第一开关指示器66，因此，第一开关装置40的状态可以通过开关指示器66的状态来确定。
在所示示例性实施例中，这样来选择配置，使得只有当第一开关装置40实际断开时第一开关指示器66才闭合。如果微控制器56、58中的至少一个检测出开关装置40的期望开关状态不同于通过第一开关指示器66所确定的开关状态，则这将被识别为故障事件，并进行相应的处理。
也可以将上面的记载用于第二开关指示器68。
除了上述确定安全开关设备10内的故障的可能方法外，所示安全开关设备10还有其它的故障识别机构。出于该目的，第一和第二微控制器56、58每个都具有监视输入70。监视输入70与控制连接72相连接，电气负载22的信号输出可以连接到该控制连接72。由专用信号或专用信号电平通过微控制器56、58来指示负载22的无故障操作。
在所示示例性实施例中，微控制器56、58预期电气负载22将在控制连接72提供电气连接，且该电气连接将在监视输入70产生电压电平，该电压电平在端子K1返回到第一电势U1。如果没有所期望的电平，则可以假设出现了故障，并保持断开或断开开关装置40、42。
所示安全开关设备10的另一个具体特征为模式选择装置74，在本例中，模式选择装置74集成在微控制器56、58中。通过模式选择装置74，可以设置安全开关设备10的工作模式。在本例中，可以根据信号发出元件18、20的类型来具体设置工作模式。
在说明模式选择装置74的操作之前，首先将说明安全开关设备10的一般功能。
在休息状态中，安全开关设备10如图2所示。常开触点S1a、S2b和开关装置40、42断开。常闭触点S1b、S2a和开关指示器66、68闭合。开关元件48、50、52、54断开。端子K1和K2之间有工作电压UB。这里以例子的方式假设端子K1处于第一电势U1，为+24V，端子K2处于第二电势U2，为0V。还假设负载22没有发出信号指示故障，因此在控制连接72处提供有导电连接。
为了接通负载22，此时假设操作人员首先启动信号发出元件18。这样就首先使第一常闭触点S1b断开，并随后使第一常开触点S1a闭合。
从微控制器56、58的角度看，因为第一常开触点S1a和第二常闭触点S1b同时断开，所以这意味着，在休息状态中施加了0V电压的第一端口32初始时为高阻。一旦第一常开触点S1a闭合，则第一端口32处就有24V的电压。
同时，因为第一常开触点S1a只呈现低阻，所以第一端口32此时对于电流路径62达到低阻。因为第一常闭触点S1b不在第一电流路径62中，所以只要第一常闭触点S1b闭合，第一端口32就不会出现这种状态。
微控制器56、58将该序列或该序列的一部分识别为信号发出元件18的完全启动以及时间测量的开始。尽管此时在第一开关启动器36处已有24V的电压，但因为第一和第三开关元件48、50仍然是断开的，所以第一电流路径62保持中断。
第二信号发出元件的启动首先使第二常闭触点S2a断开，随后使第二常开触点S2b闭合。因此，在第二端口34处，序列为24V、高阻、0V。
同时，因为第二常开触点S2b只呈现低阻，所以第二端口34此时就电流路径64来说达到低阻。因为第二常闭触点S2a不在第二电流路径64中，所以只要第二常闭触点S2a闭合，第二端口34就不会出现这种状态。
微控制器56、58将该序列认作为第二信号发出元件20的完全启动，并结束时间的测量。如果时间测量开始和结束之间经过的时间低于预定的最大持续时间，则微控制器56、58将开关元件48、50、52、54接通。
开关元件48、50、52、54被接通导致第一开关启动器36将第一电流路径62闭合、第二开关启动器38将第二电流路径64闭合。开关启动器36、38的启动依次使开关装置40、42闭合并使开关指示器66、68断开。因此，负载22被接通并可以进行其工作操作。
一旦信号发出元件18、20之一的操作人员不再启动该信号发出元件，依次直接中断第一和/或第二电流路径62、64的第一常开触点S1a和/或第二常开触点S2b就断开。这依次使得开关装置40、42断开并且使负载22断开连接。
注意，该断开连接的发生不依赖于微控制器56、58的响应，且不依赖于开关元件48、50、52、54的状态。然而，因为微控制器56、58记录至少一个信号发出装置18、20没有启动，所以开关元件48、50、52、54再次断开。此外，此时可以查询开关指示器66、68，如果开关装置40、42应该仍然是闭合的，则发信号指示故障。
下面通过总结，再次给出所示安全开关设备10的两个具体特性的细节。
首先，安全开关设备10示出电气和电子部件的特别有利的组合。各电流路径62、64经由开关启动器36、38和相应的开关元件48、50、52、54来实现。另一方面，时间监视器60具有电子构造，因此提供高准确度。相对便宜且同时又可靠的电气构造与电子时间监视器60的组合可以使安全开关设备10具有非常好的性价比。
其次，安全开关设备10提供特别高的安全度，这是由于，为了使开关装置40、42闭合，总要求经由第一常开触点S1a或第二常开触点S2b形成闭合的电流路径62、64。这意味着，即使将启用信号施加在开关元件48、50、52、54上，如果常开触点S1a、S2b不闭合，则也不能将负载22接通。
为了说明模式选择装置74，现在参考图3。相同的附图标记表示与之前相同的元件。
在这种情况下，安全开关设备10只用方框来表示。
如上面说明的，如果第一信号发出元件18从未启动状态变为启动状态，则可以在第一端口32处识别出下面的状态序列：0V、高阻、24V。对于第二元件20来说，该序列如下：24V、高阻、0V。当信号发出元件18、20从启动状态变为未启动状态时，在每种情况下的这些序列就反过来。
如果现在考虑图4，其中，每个信号发出元件18、20只配备一个常开触点S1a、S2b，则当启动信号发出元件18时，第一端口32从高阻状态变为24V。相应地，第二端口34从高阻变为0V。如果不再启动信号发出元件18、20，则两个端口32、34变回高阻状态。
通过模式选择装置74，可以提前设定将哪种类型的信号发出元件18、20连接到安全开关设备10。因此，微控制器56、58对发出元件18、20的启动或释放预期确定的序列。如果实际确定的序列不同于预期的序列，则就将其按故障输出，并防止将负载22接通。如果，例如，这样配置了模式选择装置74，使得常闭触点和常开触点的组合被预期为信号发出元件18、20，但实际上连接的是如图4所示的信号发出元件，则在休息状态中，端口32、34处显示的是非预期的高阻状态。然后，安全开关设备10可以对此进行响应。
然而，也可以使用模式选择装置74来检测所连接的信号发出元件18、20的类型。出于该目的，例如，提供第一配置步骤，其中，操作人员启动信号发出元件18、20，然后将它们释放。利用这种情况下所产生的特殊序列，可以确定信号发出元件18、20是哪种类型的信号发出元件。然后，可以将配置步骤中所确定的类型锁定，使得随后的序列变化不被当作新的配置，而被当作故障事件。因此，模式选择装置74同时提供用于故障识别的另一种机制。

Claims (12)

1.一种安全开关设备(10)，用于安全地接通或断开电气负载(22)，特别是自动化装置(16)，所述安全开关设备包括用于第一信号发出元件(18)的第一端口(32)、用于第二信号发出元件(20)的第二端口(34)、耦合到第一开关启动器(36)的第一开关装置(40)、耦合到第二开关启动器(38)的第二开关装置(42)，并包括时间监视器(60)，所述时间监视器用于：在所述第一信号发出元件(18)的启动和所述第二信号发出元件(20)的启动之间的时间小于预定的最大持续时间(Tmax)的情况下，通过启动所述第一和第二开关启动器(36、38)使所述第一和第二开关装置(40、42)接通，其中，第一开关元件(48)与所述第一开关启动器(36)串联连接，且第二开关元件(52)与所述第二开关启动器(38)串联连接，其特征在于，所述时间监视器(60)具有至少第一微控制器(56)，所述微控制器用来检测所述第一和第二信号发出元件(18、20)的启动，并在未达到所述最大持续时间(Tmax)时启动所述第一和第二开关元件(48、52)。
2.根据权利要求1所述的安全开关设备(10)，其特征在于，用于启动所述第一开关启动器(36)的第一电流路径(62)经过所述第一端口(32)，使得用于启动所述第一开关启动器(46)的所述第一端口(32)需要被切换为低阻。
3.根据权利要求2所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一信号发出元件(18)具有至少一个第一常开触点(S1a)和第一常闭触点(S1b)，其中，在休息状态中，所述第一常开触点(S1a)断开，所述第一常闭触点(S1b)闭合，且在启动状态中，所述第一电流路径(62)的路线经过所述第一常开触点(S1a)。
4.根据权利要求1到3之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，第一开关指示器(66)与所述第一开关装置(40)相关，且第二开关指示器(68)与所述第二开关装置(42)相关，其中，所述第一开关指示器(66)和所述第二开关指示器(68)各自的状态由所述第一微控制器(56)进行监视，以便确定开关装置(40、42)的预期状态和该开关装置(40、42)的实际状态之间的差异。
5.根据权利要求1到4之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一微控制器(56)具有监视输入(70)，用于发出信号指示所述负载(22)的状态，并用于识别所述负载(22)中的故障事件。
6.根据权利要求1到5之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，包括冗余的第二微控制器(58)，用来与所述第一微控制器(56)相互作用，使得只有当所述第二微控制器(58)也确定未达到所述最大持续时间(Tmax)时，才进行所述第一和第二开关启动器(36、38)的启动。
7.根据权利要求6所述的安全开关设备(10)，其特征在于，第三开关元件(50)与所述第一开关启动器(36)串联连接，第四开关元件(54)与所述第二开关启动器(38)串联连接，这些开关元件由所述第二微控制器(58)来驱动。
8.根据权利要求3到7之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第二信号发出元件(20)具有至少一个第二常闭触点(S2a)和第二常开触点(S2b)，其中，在休息状态中，所述第二常闭触点(S2a)闭合，所述第二常开触点(S2b)断开，在启动状态中，所述第二电流路径(64)的路线经过所述第二常开触点(S2b)，所述第一常开触点(S1a)允许与第一电势(U1)形成第一连接，所述第二常开触点(S2b)允许与第二电势(U2)形成第二连接。
9.根据权利要求1到8之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，包括模式选择装置(74)，用于根据信号发出元件(18、20)的类型来设置所述安全开关设备(10)的工作模式。
10.根据权利要求1到9之一所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一微控制器(56)用来检测信号发出元件(18、20)的类型。
11.一种用于安全地接通或断开电气负载(22)的方法，所述电气负载特别是自动化装置(16)，所述方法具有下面的步骤：
提供第一信号发出元件(18)，
提供第二信号发出元件(20)，
提供耦合到第一开关启动器(36)的第一开关装置(40)，
提供耦合到第二开关启动器(38)的第二开关装置(42)，
提供与所述第一开关启动器(36)串联连接的第一开关元件(48)，
提供与所述第二开关启动器(38)串联连接的第二开关元件(52)，以及
如果所述第一信号发出元件(18)的启动和所述第二信号发出元件(20)的启动之间的时间小于预定的最大持续时间(Tmax)，则通过启动所述第一和第二开关启动器(36、38)使所述第一和第二开关装置(40、42)接通，
其特征在于，
使用第一微控制器(56)来检测所述第一信号发出元件(18)的启动和所述第二信号发出元件(20)的启动之间的时间差(T)，以及
利用由所述第一微控制器(56)发送到所述第一和第二开关元件(48、52)的控制信号来启动所述第一和第二开关启动器(36、38)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一信号发出元件(18)被连接到第一端口(32)，且用于启动所述开关启动器(36)的所述电流路径(62)经过所述端口(32)。
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