CN102681436A - 安全继电器和安全导向的通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安全导向的通讯系统，包括至少一个控制装置(1)和安全继电器(2)，安全继电器用于接通和断开可连接的负载(4)。安全继电器(2)用输入端信号线路的至少两个信号输入端(IN1、IN2)连接于控制装置(1)，其中，控制装置(1)为监测输入端信号线路而形成。安全继电器(2)包括：负载线路，用于连接负载(4)，其中，负载线路可以通过至少两个并联的开关元件(251、252)根据控制信号来进行接通或断开控制；以及识别装置(230)，用于监测负载线路和/或安全继电器(2)中的错误；以及指示装置(210)。指示装置(210)设置用于为输入端信号线路提供阻抗。在无错误的状态下阻抗针对可连接的控制装置进行调整，而在识别出错误时该阻抗这样进行失调，即，使识别出的错误可以经输入端信号线路在可连接的控制装置(1)上进行信号化。

Description

安全继电器和安全导向的通讯系统

技术领域

本发明涉及一种安全导向的通讯系统，特别用于自动化技术，还涉及一种安全接通负载的安全继电器。

背景技术

在自动化技术中经常通过控制装置(例如可存储编程控制装置，SPS)的数字输出端来控制激励器。除了对自动化过程的控制，越来越多地通过控制装置来控制安全导向功能，并通过对应的激励器来实施。为了防止人员、机械、环境的损害，对这类安全导向功能鉴于功能性有更高的要求，即，功能性特别是指所实施的控制和所控制的激励器的可靠性和可用性。

安全导向的控制装置的数字信号输出端可以具有一个监测装置，用该监测装置，能够对各个信号输出端线路进行监测，判断是否出现接线错误以及在连接的激励器的输入端区域的故障。

特别是在激励器运行期间，必须对该激励器提供电能，控制装置的数字信号输出端的信号输出端线路与激励器的各个负载线路经常电隔离，这是因为，数字信号输出端通常只能驱动有限的电流。信号输出端线路和负载线路的去耦合例如通过耦合继电器进行，该耦合继电器根据输入端信号可以接通至少一个负载线路，该输入端信号由各个数字信号输出端来提供。耦合继电器的负载线路中的开关元件或继电器触点可以实施为静触点和动触点，从而可以用耦合继电器实现可逆的或非可逆的接通功能。

相应的耦合继电器，其对应于使安全导向控制装置运行的要求，被称作安全继电器。适用于安全接通激励器的安全继电器根据安全要求包括直至三个并联的开关元件。开关元件通过安全继电器的逻辑控制装置、根据由控制装置的数字信号输出端所提供的输入端信号而受到冗余控制，从而使负载线路经开关元件可以冗余地接通。

通过安全继电器使信号输出端线路与负载线路去耦合的实质性缺点在于，安全导向控制装置的监测装置仅仅可以监测安全继电器的输入端线路。与此相对地，在负载线路中的可能的错误(诸如接线错误)以及安全继电器内部的错误(例如内部逻辑控制装置或单个开关元件停止)不能够通过安全导向控制装置的数字信号输出端的监测装置而获知。

发明内容

本发明的目的在于，通过在安全导向的控制装置的数字信号输出端的监测装置，提供一种对负载线路的安全导向的监测以及一种安全继电器。

为实现该目的，本发明提供了根据独立权利要求的一种安全导向的通讯系统以及一种安全继电器。在从属权利要求中给出了优选和有利的设计方案。

安全导向的通讯系统包括至少一个安全继电器和一个控制装置。该安全继电器具有至少两个信号输入端，该信号输入端分别连接于控制装置的各一个数字信号输出端，并由此形成了安全继电器的输入端信号线路。

对于输入端信号线路，可以例如在数字信号输出端的第一接线端提供控制信号的正电压，该控制信号根据控制装置的状态可以接通或断开。相应的参比电势可以通过数字信号输出端的第二接线端来提供。数字信号输出端的第一接线端可以用内部电源进行装配，或者至少与一个电源形成电连接，该电源为足够高的电流而形成，该电流用于驱动连接在数字信号输出端的第一和第二接线端之间的安全继电器。

控制装置为监测输入端信号线路而形成。

对输入端信号线路的监测可以经由控制装置的内部监测装置来进行，该内部监测装例如对应于数字信号输出端的第一接线端。安全继电器对于输出端信号线路呈现一定阻抗，其中，监测装置对于阻抗而言可以编程或对于阻抗而言可以赋值。在接通输出端信号时，可以对流经输入端信号线路的电流进行测量，并且可以根据相对于预期值的偏差进行比较。在测量电流相对于预期的、基于已知的阻抗的值出现偏差时，监测装置可以锁定接线中的错误或锁定在安全继电器输入端中的错误。监测装置还可以包括这样的工具，在断开输入端信号线路时，该工具还可以实现线路监测以及接地监测。另外，数字信号输出端可以可测试地实施，从而对它的功能性例如可以凭借测试脉冲进行监测。

安全继电器进一步包括至少两个负载输出端，一个识别装置以及一个指示装置。两个负载输出端形成了负载线路，用于接通激励器，该激励器可以为电负载。负载输出端与识别装置相连，该识别装置设置用于对负载线路和/或安全继电器中的错误进行监测。指示装置与安全继电器的信号输入端相连。

负载线路可通过至少两个并联的、可控制的开关元件来控制，其中，负载线路的接通和断开根据到达输入端信号线路的控制信号来实现。

指示装置为此而形成，为输入端信号线路提供一个阻抗，该阻抗在无错误状态下协调于控制装置。这意味着，在安全继电器处于无错误状态时，阻抗对应于在控制装置中经编程的值。

在识别到错误时，使指示装置的阻抗这样失调，即，通过失调的阻抗，使识别出的错误可以经输入端信号线路在控制装置上进行信号化。

安全导向的通讯系统使控制装置实现了对安全导向信号链的完全监测，该信号链可以包括控制装置、安全继电器和激励器。该系统的特别的优势在于，在安全继电器或在负载线路中识别出的错误可以经现有的输入端信号线路在控制装置处进行信号化。分离的、安全导向的、用于对错误进行信号化的接线是不必要的。

在本发明的优选的设计方案中，安全继电器可以包括宽范围电源，该宽范围电源由负载线路的供应电压赢得用于指示装置、识别装置以及用于安全继电器的内部逻辑控制装置的辅助能量。

由此，没必要为供应安全继电器内部电子线路而提供外部能量辅助电源。负载线路可以根据需要以直流或交流电压例如在20V至250V之间的范围内进行驱动，其中，内部电子线路由此间接地由直流电源、如连接的激励器来供能。

用于在负载线路和/或安全继电器中对错误进行监测的识别装置为此而形成，对提供给负载线路的供应电压进行监测。

识别装置进一步为此而形成，在负载线路中施加一个测量电流，对切断的负载线路进行监测，判断是否发生线路闭合和/或线路崩溃。

另外，安全继电器可以具有感应器，用于获取负载线路中的电流，该感应器优选与识别装置相连。该感应器可以为此而形成，对接通的负载线路进行监测，判断是否出现过高、过低电流和/或错误的相位角。

作为感应器，特别适于采用旁路传感器和/或霍尔传感器的组合装置，以覆盖尽量宽广的测量范围。

识别装置可以为此而形成，在负载线路和接地电势之间耦合一个高频测量电压并对负载线路进行监测，判断是否接地。

进一步，识别装置可以为此而形成，在负载线路切断时对并联的开关部件进行测试，并根据测试结果识别错误。

用于安全接通激励器的安全继电器是可以测试的，并且由此安全导向地实施，而且为负载线路提供完全线路监测、负载监测和接地监测。

根据可能的监测结果，识别装置可以分别识别出错误，该错误可以凭借指示装置中的失调的阻抗而在控制装置处进行信号化。

指示装置可以包括一个网络，其由可接入的电阻和/或电感和/或电容和/或可接入的接地电势构成。

这样以特别有利的方式实现了，使识别出的负载电流中的错误在指示装置中、并且由此在输入端信号线路中相应地得到复制。由此，除了存在于负载线路中的错误以外，还可以使各种错误类型都在控制装置处进行信号化。

附图说明

下面，凭借实施例，参照附图对本发明进行细节说明。附图中：

图1示出了具有可经过安全继电器进行控制的负载以及具有指示装置的控制装置的示意图，该指示装置在安全继电器中用于使负载线路中的错误进行信号化；

图2示出了接地监测装置的电路图。

具体实施方式

在图1中示出了具有可通过控制装置1进行控制的激励器4的电路布置，该激励器以相应的安全要求主动可靠地实施安全导向的功能。这样的激励器4在电路技术上代表了具有一定阻抗的电负载。在自动化技术中，通常将控制装置1实施为可存储编程控制装置(英文：Programmable Logic Controller，PLC)，其例如具有数字信号输出端，该数字信号输出端具有接线端D01和D02，通过该接线端可控地连接激励器4。最大可能电流可以作为控制信号在数字信号输出端D01和D02上提供，由于控制装置1受限的驱动能力，该最大可能电流不直接适用于驱动激励器4的电负载。

用安全继电器2，使用于来自控制装置1的控制信号的输出端线路与激励器4的负载线路电隔离。数字信号输出端的接线端D01和D02构成了信号输出端线路，用于对安全继电器进行控制，而且分别与两个输入端接线柱IN1和IN2的各一个相连。

控制装置1包括一个内部的、在图1中未示出的监测装置，其与两个接线端D01和D02相连。监测装置可以为此而形成，对输入端信号线路在接线错误方面或安全继电器的输入端区域的错误方面进行监测。

信号输入端IN1和IN2在安全继电器2内部被引至指示装置210。指示装置210与逻辑控制装置220相互连接，并且提供用于可通过逻辑控制装置220进行变化的阻抗的输入端信号线路。

可通过安全继电器2接通的用于接着的激励器4的负载线路在负载输出端25和26提供，其中，用于负载线路的运行电压经由用于提供直流或交流电压的接线端24以及参比电势接线端27来提供。由提供电压的接线端24引至负载输出端26的电流路径可以通过至少两个并联的开关元件251和252接通和断开。根据安全要求，还可以在此处设置三个或多个并联的电路元件。

参比电势接线端27通过安全继电器2中的内部电流路径直接与负载输出端26相连。并联的开关元件251和252通过逻辑控制装置220根据控制信号进行冗余控制，该控制信号由安全继电器的输入端信号线路上的指示装置210接收。并联的开关元件可以经分离的通道由逻辑控制装置220来进行控制。

安全继电器2包括识别装置240，其形成用于负载线路的监测，并且特别能够对接线错误和在连接的激励器4的输入端区域的错误进行识别。另外，识别装置240具有第一和第二识别接线端243和244，这两个识别接线端分别与两个负载输出端25和26的各一个相连。

对于打开的开关元件251和252，即对于切断的激励器4，可以经第一和第二识别接线端243和244将测量电流施加在负载线路中，该测量电流基本上位于对响应激励器4所必要的阈值以下。凭借施加的以及测量的电流和电压，使识别装置能够对负载线路中可能的功率过载和/或可能的短路进行识别。

对于经过并联的开关元件251以及由251接通的激励器4，流经负载线路的电流凭借至少一个感应器来获取，该感应器与识别装置240相连。在图1中未示出的感应器可以在至少一条位于接线端24和25之间的电流路径中设置接线端26和27。为达到对电流的较大测量范围，考虑使用包括一个旁路和一个霍尔传感器的结合装置作为感应器。用识别装置240，可以根据当前的运行电压和经赋值或编程的激励器的阻抗，对流经负载线路的电流进行检验，从而对于过高和过低的测量电流或者在交流电发生相位角偏差时识别出在负载线路中的错误。

识别装置240包括第三和第四识别接线端245和246，这两个接线端用于在图2中示出的接地监测。该两个识别接线端分部经由一个去耦合电容与各个负载输出端25和26相连，从而使高频测量信号耦合在负载线路中。两个电感线圈285和286位于接线端24和27之间以及接线端25和26之间的电流路径，电感线圈用于使高频测量信号相对于运行电压去耦合。如果在负载线路的一个或两个接线处，即在接线端26和41、或25和42之间存在接地连接，则高频测量信号的电流经由错误位置和安全继电器2的接地接线端GND流回至识别装置240。

进一步，由图1可以看出，可通过并联的开关元件251和252接通的、在引导电压的接线端24和输出端接线柱25之间的电流路径包括额外的可接通的静触点270，该静触点实现了通过测试步骤对至少两个并联的开关元件251和252的可检验性。该测试步骤可以在负载线路切断的情况下以循环的时间间隔进行。在测试步骤开始时，首先凭借来自逻辑控制装置220的信号使静触点270断开。在下一步骤中，使并联的冗余开关元件251和252单个先后地由逻辑控制装置220进行控制，并经短暂限定的时间区段闭合。经两个识别输入端241和242，在开关元件251和252之前和之后的电压通过识别装置240获取并确定，各个受控的开关元件251或252是否功能正常，即该元件是否能低电阻地连通。在对所有冗余开关元件进行测试之后，将静触点270闭合。闭合的静触点的功能例如可以通过识别装置240利用此前所述的线路断开监测接着进行检验。

如果识别装置240识别出负载线路中的错误或者在冗余开关元件中存在错误，就将该错误信号化并传递至控制装置1。

识别出的错误的传递通过指示装置210、并由此通过安全继电器2的输入端信号线路进行。

信号线路210在两个信号输入端IN1和IN2之间提供了具有不同阻抗的电路网络，该网络可通过逻辑控制装置220进行控制并有目的地进行变化。在无错误的情况下，要在具有接线端D01和D02的数字信号输出端对阻抗这样进行确定，即，使控制装置1在对输入端信号线路进行监测时识别出预期的、即经编程或赋值的阻抗，并由此在安全继电器2的输入端识别出无错误的状态。

如果识别装置240识别出在负载线路中或在安全继电器2中存在错误，那么，指示装置210的阻抗通过逻辑控制装置220相应地失调，从而通过对输入端信号线路的监测同样地通过控制装置1识别出错误。

指示装置210中的电路网络可以特别根据各个识别出的错误而低电阻地、高电阻地、电容地、电感地或相对于接地电势地接通输入端信号线路。

对于逻辑控制装置220、识别装置240以及用于对开关元件250进行控制所必要的辅助能量通过宽范围电源230从为负载线路所设计的运行电压中获得。宽范围电源230可以例如在输入端侧以直流电以及以交流电用20.4V至253V之间的电压运行，并且在输出端侧例如提供24V直流电压。

对指示装置210中的电路网络这样进行配置，即，在辅助电压不足、以及由此使逻辑控制装置220没有准备好运行的情况下，强制向控制装置1传递错误。进一步，识别装置240为此而形成，对负载线路的运行电压进行监测，并在产生偏差时经逻辑控制装置220和指示装置210将错误传递至控制装置1。

通过指示装置210中可变化的阻抗，可以将错误在安全继电器2的输入端信号线路上相应地进行复制，该错误通过负载线路中的识别装置240进行识别。由此，控制装置1在对输入端信号线路进行监测时经数字信号输出端的两个接线端D01和D02同样识别出相应的错误。

用指示装置210，为控制装置1和安全继电器2提供了通讯系统，该通讯系统实现了两组件之间的安全导向的双方向的通讯。包括负载线路的安全继电器2与激励器4一起完全可以通过控制装置1进行测试，从而使错误在负载线路中在所属的运行电压之内，以及在安全继电器2之内可以进行识别。在错误情况下，控制装置1处于安全状态。

Claims (11)

1.一种安全导向的通讯系统，其包括至少一个安全继电器(2)，所述安全继电器用输入端信号线路的至少两个信号输入端(IN1、IN2)连接于控制装置(1)，其中，控制装置(1)为监测输入端信号线路而形成，其中，所述安全继电器(2)还具有：

负载线路的用于连接负载(4)的至少两个负载输出端(25、26)，其中，所述负载线路可以通过至少两个并联的、可控开关元件(250)来接通，其中，根据输入端信号线路的控制信号，可将负载线路接通或断开；

识别装置(230)，用于监测负载线路和/或安全继电器(2)中的错误；以及

指示装置(210)，该指示装置与信号输入端(IN1、IN2)相连并为此而形成，为输入端信号线路提供阻抗，所述阻抗在无错误的状态下针对控制装置进行调整，而该阻抗在识别出错误时这样进行失调，即，通过失调的阻抗，使识别出的错误可以经输入端信号线路在控制装置(1)上进行信号化。

2.根据前述权利要求所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，安全继电器(2)包括宽范围电源(230)，该宽范围电源由负载线路的供应电压赢得用于指示装置(210)、识别装置(230)以及用于安全继电器(2)的内部逻辑控制装置(220)的辅助能量。

3.根据权利要求1或2所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述识别装置(230)为此而形成，对提供给负载线路的供应电压进行监测，并且在供应电压不足够高的情况下识别出错误。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述识别装置(230)为此而形成，在负载线路中施加一个测量电流，并对切断的负载线路针对线路闭合和/或线路断开而进行监测，然后根据监测结果识别出错误。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述安全继电器(2)包括获取负载线路中电流的感应器，其中，感应器与识别装置相连并为此而构建，即，对接通的负载线路进行监测，判断是否出现过高和过低电流以及错误的相位角，并根据监测结果识别出错误。

6.根据权利要求5所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述感应器包括旁路传感器和/或霍尔传感器。

7.根据权利要求1至6的任意一项所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述识别装置(230)为此而形成，在负载线路和接地电势之间耦合一个高频测量电压，并且对负载线路进行监测，判断是否接地，然后根据监测结果识别出错误。

8.根据权利要求1至7的任意一项所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述识别装置为此而形成，在负载线路切断时，对并联的、可控制的开关元件进行检测，并且根据检测结果识别出错误。

9.根据权利要求1至8的任意一项所述的安全导向的通讯系统，其特征在于，所述指示装置(210)包括一个网络，所述网络由可接入的电阻和/或电感和/或电容和/或可接入的接地电势构成。

10.一种安装在根据权利要求1至9所述的安全导向的通讯系统中的安全继电器，所述安全继电器包括：

输入端信号线路的至少两个信号输入端(IN1、IN2)，所述信号输入端适用于连接控制装置(1)，其中，所述控制装置(1)适用于对输入端信号线路进行监测；

负载线路的至少两个负载输出端(25、26)，所述负载输出端适用于连接负载(4)，其中，所述负载线路通过可冗余控制的开关元件(250)根据在输入端信号线路处的控制信号可以接通；以及

识别装置(230)，用于监测负载线路和/或安全继电器(2)中的错误；以及

指示装置(210)，该指示装置与信号输入端(IN1、IN2)相连并且为此而形成，为输入端信号线路提供阻抗，所述阻抗在无错误的状态下针对可连接的控制装置进行调整，而所述阻抗在识别出错误时这样进行失调，即，使识别出的错误可以经输入端信号线路在可连接的控制装置(1)上进行信号化。

11.根据权利要求10所述的安全继电器，其特征在于，所述指示装置(210)包括一个网络，所述网络由可接入的电阻和/或电感和/或电容和/或可接入的接地电势构成。

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