CN104412192B - 开关设备 - Google Patents

Abstract

一种用于故障安全地操纵电致动器(16，18)的紧凑型控制器(12)，所述致动器能够将能运动的机器部件运动到限定的最终位置中，并且所述紧凑型控制器具有第一输入接口(40)以接收第一外部控制信号(36)。第一外部控制信号(36)预设机器部件的期望位置。紧凑型控制器(12)还具有输入部件以检测用信号表示在限定的最终位置上的机器部件的实际位置的位置信号(68)。具有至少一个功率开关元件(24)的功率部件构成为，用于接通和故障安全地关断用于致动器(16，18)的控制电流(32)。控制电流(32)经由第一输出接口(54，56)引向电致动器(16，18)。紧凑型控制器(12)具有第二输出接口(60)以提供外部状态信号(34)，并且具有分析单元(22)，所述分析单元根据第一外部控制信号(36)操纵至少一个功率开关元件(24)并且根据位置信号(68)产生在第二输出接口(60)上的外部状态信号(34)。

Description

开关设备

技术领域

本发明涉及一种紧凑型控制器，用于故障安全地操纵电致动器、尤其用于操纵紧急制动器，如其使用在使用升降机和其他重力负重的轴中那样。此外，本发明涉及一种用于借助于机械制动器和这样的紧凑型控制器来故障安全地保持负重的设备。

背景技术

已知的是使用紧急制动器，以便防止升降机和其他竖直升起的负重不受控地坠落。例如，DE 10 2005 048 208 A1描述这样的用于升降机的紧急制动器。紧急制动器具有与待制动的轴抗扭转地连接的转子，以及一个或多个经由摩擦片衬面固定转子的电枢板。电枢板经由弹簧预紧，使得其防止转子在静止状态中转动运动。为了松开制动器，必须将电磁体用控制电流激励，使得电枢板由于磁力从转子拉开。一旦电流中断，电枢板由于弹簧力又相对于转子按压，使得在断电时确保更安全地保持负重。

通过电磁体的电流的接通和特别是切断是安全重要的任务，因为不期望的电流流动、例如由于在电控制器中的故障引起的电流流动会造成制动器的不期望的断开并进而会造成负重掉落。因此，通常以机器安全的所属标准的意义借助于故障安全的控制机构操纵电磁体。适合的安全控制机构通常必须满足根据欧洲标准EN IEC 61508的SIL 3和/或根据标准EN ISO13849的PL e的要求。这样的安全控制机构基于冗余、规律的内部功能测试和/或其他措施保证：即使在安全控制机构中和/或在到制动器的连接线路中出现故障、例如短路时，控制输出端也不会造成不期望的电流流动。

此外，已知的是，监控紧急制动器的状态。例如，由DE 10 2005 048 208A1中已知的紧急制动器具有微型开关，所述微型开关将制动器的所谓的落下和释放，即借助于电磁体将电枢板从转子松开用信号表示。当然，传统的安全控制机构的输出端并不设计为用于提供对于释放升降机制动器所需的高控制电流。因此，在实际中借助于接触器来接通和关断控制电流，其中经由安全控制机构的输出端来操纵接触器。这要求，安全控制机构监控电流接触器的功能，以便排除通过紧急制动器的电磁体的不期望的电流流动。此外，紧急制动器能够借助于微型开关监控制动器的状态。全部的控制和监控功能必须由设备制造商在安全控制机构中编程和验证。

DE 103 25 363 A1描述一种用于故障安全地切断例如以接触器或电磁阀形式的感性用电器。在切断通过这种用电器的电流时由于互感产生过压，所述过压通常借助于灭弧二极管来限制。当然，对过压限制越强，则对于切断所需要的时间越长。因此，根据DE 10325 363 A1的紧急开关设备具有灭弧元件，所述灭弧元件具有第一和至少一个第二灭弧运行类型，所述第一和第二灭弧运行类型能选择性地彼此激活，其中在两种灭弧运行种类中对过压的限制是不同的。因此，所述紧急开关设备选择性地可以借助于高感应电压引起更快速的、突然的切断或借助于低感应电压引起更缓慢的、平缓的切断。

发明内容

在此期望的是，在保持高安全要求的情况下简化紧急制动的操纵。与之相应地，本发明的目的是，提出能够实现对紧急制动器或类似致动器的简单但故障安全的操纵的替选方案。

根据本发明的第一方面，为了实现所述目的提出一种用于故障安全地操纵电致动器的紧凑型控制器，所述致动器能够将能运动的机器部件运动到限定的最终位置中，所述紧凑型控制器：具有第一输入接口，以接收预设所述机器部件的期望位置的第一外部控制信号；具有输入部件，以检测用信号表示在限定的最终位置上的所述机器部件的实际位置的位置信号；具有带有至少一个功率开关元件的功率部件，所述功率开关元件构成为，用于接通和故障安全地切断用于致动器的控制电流；具有第一输出接口，以将控制电流引向电致动器；具有第二输出接口，以提供外部状态信号；并且具有分析单元，所述分析单元构成为，用于根据第一外部控制信号操纵至少一个功率开关元件并且根据位置信号在第二输出接口上产生外部状态信号。

根据另一方面，提出一种用于故障安全地保持负重的设备，所述设备具有带有转子和电枢板的机械制动器，其中电枢板经由至少一个弹簧相对于转子预紧，以便防止所述转子运动；此外具有电磁体，所述电磁体构成为，用于将电枢板相对于弹簧运动到释放位置中，并且具有上文所提到种类的紧凑型控制器，其中电磁体连接到紧凑型控制器的第一输出接口上，并且其中位置信号用信号表示电枢板的释放位置作为限定的最终位置。

新型紧凑型控制器由于至少一个功率开关元件构成为，用于替代目前所需的接触器以操纵紧急制动器或类似的致动器。尤其是，在优选的实施例中，至少一个功率开关元件能够切换大于2A的控制电流并且尤其能够切换大于4A或甚至大于5A的控制电流。

然而，新型紧凑型控制器并非简单地替代目前所需的接触器，即所述紧凑型控制器不仅实现对于接通和关断控制电流所需要的开关过程。更确切地说，紧凑型控制器还具有(优选故障安全地)监控能运动的机器部件的限定的最终位置的能力。所述紧凑型控制器尤其承担在电操作的紧急制动器中的落下和/或释放监控。因此，新型紧凑型控制器将目前所使用的接触器的纯功率开关功能与目前在安全控制机构中必须编程的(部分)功能结合。换言之，新型紧凑型控制器构成一种智能开关致动器，其构成在用于升降机等的运行控制机构和位置致动器之间的新连接件，其中所述位置致动器用于将能运动的机器部件带入到限定的最终位置中。

新型紧凑型控制器既不设为也不构成为，全部地承担安全控制机构的功能。因此，新型紧凑型控制器在第二输出接口上提供用于上级的控制机构的外部状态信号。外部状态信号代表被操纵的机器部件的位置、例如即电操作的紧急制动器的电枢片的位置，作为通过在紧凑型控制器中集成的分析单元预处理的结果。上级的控制机构能够将外部状态信号作为关于紧急制动器的实际状态的逻辑且优选二进制的信息来处理，而控制机构不必分析所有的对于致动器的状态有意义的细节信息。

由此，新型紧凑型控制器将在用于承载负重的设备的运行控制机构和被操纵的位置致动器之间的电接口上的主要的安全重要的功能结合。这一方面提供用于操作致动器所需的高控制电流。在此，紧凑型控制器对预设机器部件的期望位置的第一外部控制信号作出反应。换言之，紧凑型控制器用于借助于高控制电流执行上级的控制机构的“逻辑”控制指令。另一方面，紧凑型控制器为上级的控制机构提供状态信号，借助于所述状态信号，上级的控制机构能够控制在执行“逻辑”控制指令时的成功和失败。在此，在控制机构和紧凑型控制器之间的通信减少到代表期望状态和实际状态的逻辑信息的传输。上级的控制机构不必再顾及涉及控制过程的实际执行方案的细节。

由此，新型紧凑型控制器简化紧急制动器的安装和运行，因为对于监控紧急制动器所需的信号处理已经在紧凑型控制器中实现，并且不必再在上级的安全控制机构上实现。尤其，新型紧凑型控制器的分析单元保证故障安全地监控用于中断控制电流的开关过程。此外，简化致动器的布线，因为新型紧凑型控制器已经能够故障安全地自主地切断控制电流并进而能够替代两个冗余的目前为所述目的所需的接触器。因此，上文所述的目的完全地实现。

优选地，新型紧凑型控制器具有至少三个功率开关元件，其中两个彼此并联地设置。两个并联的功率开关元件能够由分析单元彼此并联地和/或彼此分离地接通和关断，并进而其构成两个并联的并且在一些变形方案中能单独切换的功率开关路径。所述至少三个功率开关元件中的另一个在紧凑型控制器内构成对于并联的功率开关路径冗余的开关元件。

在所述设计方案中，紧凑型控制器能够彼此并联地接通和关断两个致动器、例如两个冗余的紧急制动器。与之相应地，紧凑型控制器在所述设计方案中能够替代目前所需的四个接触器，以便故障安全地使两个紧急制动器释放。优选地，同样由分析单元操纵的至少一个第三功率开关元件与两个并联的构成并联的开关路径的功率开关元件串联地设置。由此，分析单元能够将两个开关路径中的每个以至少两种不同的方式并进而故障安全地中断。

在另一设计方案中，紧凑型控制器具有第二输入接口以接收与第一外部控制信号冗余地预设机器部件的期望位置的第二外部控制信号。

在所述设计方案中，新型紧凑型控制器的分析单元根据两个外部控制信号操纵至少一个功率开关元件。所述设计方案能够实现更高的故障安全性，因为例如能够可靠地识别在紧凑型控制器和上级的控制机构之间的连接线路的区域中的交叉连接和短路。

在另一设计方案中，紧凑型控制器具有第三输入接口以接收独立于第一外部控制信号预设机器部件的期望位置的第三外部控制信号，其中分析单元与根据第一控制信号相比根据第三控制信号更缓慢地切断控制电流。

在所述设计方案中，紧凑型控制器具有两个不同的输入端，以接收确定能运动的机器部件的位置的外部控制信号。因为分析单元根据第三控制信号比根据第一控制信号更缓慢地切断控制电流，两个不同的输入端适合于不同的运行情况。如果紧急制动器的电枢板在紧急情况下尽可能快地与紧急制动器的转子接触，那么必须尽可能快地切断用于电磁体的控制电流。在此，在切断控制电流时出现的对感应电压的限制是不利的。而如果制动器的闭合不在紧急情况下进行，而是例如用于加固已经停止的升降机或在剧场中缓慢地停止舞台布景，那么有利的是，对在切断控制电流时出现的感应电压进行限制并进而更缓慢地使控制电流衰退。在所述设计方案中，新型紧凑型控制器具有两个输入端，上级的控制机构经由所述输入端可以选择性地触发紧急切断或平缓的切断。因此，新型紧凑型控制器能够实现灵活的操纵，其中期望的“制动方式”的选择仅借助于适用于输送外部控制信号的输入端是可能的。这能够实现具有高故障安全性的成本低的实施方案。

原则上可能的是，第二输入接口和第三输入接口是相同的，其中在此情况下在第一和第二输入接口上的两个冗余的外部控制信号用信号表示紧急切断，相反在两个输入接口上的非冗余的控制信号触发控制电流的缓慢的切断。在此意义下的冗余的输入信号尤其是具有彼此同步的信号变换的输入信号，而非冗余的信号具有彼此独立的信号变换。在优选的实施例中，信号变换是二进制的电压信号的边沿变换，上级的控制机构借助于所述电压信号向紧凑型控制器用信号表示，机器部件应占据哪个期望位置。

因此，在另一设计方案中，至少第一外部控制信号是二进制的控制信号。优选地，第二外部控制信号和/或第三外部控制信号也是二进制控制信号。

在所述设计方案中，紧凑型控制器基本上限制为接通或关断控制电流。与之相应地，电致动器可以使能运动的机器部件只处于或不处于限定的最终位置中。在所述设计方案中，不设有任意中间位置。由此，新型紧凑型控制器特别适合于紧急制动器的成本低的落下和释放，以便断开或闭合电磁阀或以便操纵另一仅具有激活和未激活状态的制动器。

在另一设计方案中，输入端部件具有至少一个其他的输入接口，经由所述输入接口能够将位置信号作为外部位置信号输送到分析单元。优选地，输入端部件具有两个其他的输入接口，以接收两个外部位置信号，其中两个外部位置信号中的每个代表一个致动器。

所述设计方案能够通过紧凑型控制器例如经由其他的输入接口读入在开头时所描述的紧急制动器中存在的微型开关的方式实现非常简单的且成本低的实施方案。因此，所述设计方案的紧凑型控制器特别适合于操纵如下致动器，在该致动器中已经经由外部的二进制位置信号用信号表示能运动的机器部件的限定的最终位置。

在另一设计方案中，紧凑型控制器具有第三输出接口，分析单元在所述第三输出接口上提供第一测试信号，所述第一测试信号能够经由外部位置开关作为二进制的位置信号反馈到输入部件。

所述设计方案能够实现特别舒适的且成本低的实施方案，因为在所述设计方案中紧凑型控制器能够通过回读由紧凑型控制器提供的测试信号来监控位置开关。因为分析单元认识测试信号，能够非常简单地配置外部位置开关的监控。能够省去紧凑型控制器对外部输送的位置信号的特殊的“训练”。

在另一设计方案中，在接通时的控制电流具有与致动器相关的当前电流变化曲线，并且输入部件将所述当前电流变化曲线与限定的参考变化曲线进行比较，以便确定位置信号。

在所述设计方案中，紧凑型控制器能够借助于在接通控制电流时得出的电流变化曲线确定在限定的最终位置上的机器部件的实际位置。如下文中在优选实施例中阐述的那样，通过紧急制动器的电磁体的控制电流具有典型的变化曲线，从所述变化曲线中能够看到，电磁体实际是否将电枢板克服弹力拉回。类似地适用于电磁阀和其他电磁操作的致动器。所述设计方案的紧凑型控制器能够分析这样的电流变化曲线，以便这样推断能运动的机器部件的位置。该设计方案具有的优点是，能够省去至位置传感器的外部布线。这一方面节省相应的安装耗费并且另一方面使故障安全性提高，因为外部的布线总是隐藏到现有电势的短路或交叉连接的风险。在实施例中，限定的参考变化曲线能够以数学函数的形式、以表格值的形式、以用于运算的参数的形式或其他形式作为期望特征而存储。

在另一设计方案中，当在接通控制电流之后限定的第一时间段之内位置信号用信号表示机器部件的实际位置不在限定的最终位置上时，分析单元在第二输出接口上产生故障信号。

在所述设计方案中，分析单元监控随着控制电流的接通要达到的结果，即电致动器使机器部件运动到限定的最终位置中。紧凑型控制器在第二输出接口上用信号而且优选借助于二进制的故障信号表示该结果。由此，所述设计方案有利于减轻上级的运行控制机构对电致动器的安全技术方面的监控的负担。

在另一设计方案中，至少一个功率开关元件包含彼此冗余地切换控制电流的第一功率开关元件和第二功率开关元件。优选地，功率开关元件是半导体开关元件。此外，优选的是，分析单元通过分析单元监控在第一输出接口上的电压和/或电流的方式在设备内部回读功率开关元件的相应状态。

半导体开关元件与目前使用的接触器相比恰好具有的优点是，所述半导体开关元件能够无损耗地切换高控制电流。由此，新型紧凑型控制设备达到高切换频率和高切换可靠性。使用共同断开或闭合控制电流路径的彼此冗余的功率开关元件能够以极其简单的方式实现固有故障安全性。在一个实施例中，紧凑型控制器具有四个功率开关元件，其中四个功率开关元件中的各两个分别共同地且彼此冗余地切换控制电流。

在另一设计方案中，第一输出接口包含第一正输出接口和第一负输出接口，其共同构成冗余的两极输出端，用于连接致动器。

在所述设计方案中，彼此冗余的功率开关元件设置在被操纵的致动器上游和下游。控制电流从第一正输出接口流向致动器并且从致动器经由第一负输出接口回到紧凑型控制器。对此替选地，在其他设计方案中可能的是，将致动器设置在紧凑型控制器的输出接口和地电势之间。优选的设计方案提供的优点是，监控在紧凑型控制器中由致动器流回的控制电流。此外，保证在有相对高的控制电流流动的功率电路和分析单元处理输入侧的控制信号并且提供外部的状态信号的逻辑电路之间的分离。致动器的由于错误布线而造成的有故障的操纵的风险被进一步降低。

在另一设计方案中，功率部件产生控制电压，所述控制电压引起到致动器的控制电流，其中分析单元在接通控制电流后经过限定的时间段之后降低控制电压。在优选的实施例中，分析单元通过其脉冲地操纵至少一个功率开关元件并且与之相应地引起控制电压的脉冲宽度调制的方式降低控制电压。

已证实的是，用于从闭合的状态断开紧急制动器的控制电流必须比用于保持制动器在断开(释放)的状态的控制电流更大。本设计方案利用所述效应，以便在断开过程结束之后降低控制电压。在优选的实施例中，分析单元监控在经过限定的时间段之后的控制电压的下降，并且当在经过所述时间段之后控制电压未下降到限定的较低的值时，所述分析单元产生故障信号。所述故障信号有利地在第二输出接口上借助于外部状态信号来提供。控制电压的下降能够实现控制电流的更快的切断并进而在紧急情况下紧急制动器的更快的闭合，因为在电压较小时在电致动器中储存更少的能量。由此，所述设计方案有利于在故障情况下的更快速的反应。第二时间段的监控保证，及早识别在紧凑型控制器中的可能不利地影响控制电流的切断时间的故障。

在另一设计方案中，分析单元在上限和下限方面监控控制电压，其中分析单元也根据监控的控制电压产生外部状态信号。

控制电压关于下限的监控有利于防止紧急制动器的未计划的和/或不期望的闭合或总的来说防止能运动的机器部件从限定的最终位置中的未计划的和/或不期望的倒退。尤其当在升降机或另一重力负重的轴上使用新型紧凑型控制器时，所述设计方案有利于可靠的且无摩擦的运行。控制电压针对上限的监控保证在紧急情况下快速切断控制电流是可能的。控制电压越小，在切断控制电流时必须降低的能量就越少。

在另一设计方案中，功率开关元件构成为，用于切换大于2安培的控制电流。在优选的实施例中，至少一个功率开关元件能够切换大于5安培的控制电流。

如已经在上文中表明的那样，所述设计方案能够实现将新型紧凑型控制器代替目前所需的接触器用于操纵紧急制动器或类似的致动器，其中在所述紧凑型控制器中与目前所使用的接触器相比具有集成的监控和分析功能，所述功能能够实现紧急制动器的明显更简单的安装和操纵。

不言而喻，上文所提到的和下文还待阐述的特征不仅能够以分别提出的组合形式，而且以其他组合形式或以单独形式使用，而不脱离本发明的范畴。

附图说明

在附图中示出并且在下文中详细阐述本发明的实施例。附图示出：

图1示出在优选的用于故障安全地保持负重的设备中的新型紧凑型控制器的实施例示意图，

图2示出在第一运行位置中的借助于新型紧凑型控制器操纵的紧急制动器的简化图，

图3示出在第二运行位置中的图2中的紧急制动器，

图4示出图1中的紧凑型控制器的输入端和输出端上的两个控制信号，以及

图5示出在接通和关断时控制电流的典型的电流变化曲线的简化图。

具体实施方式

在图1中，具有新型紧凑型控制器的实施例的设备在其整体上用附图标记10表示。设备10包含紧凑型控制器12，所述紧凑型控制器经由多个连接线路与上级的控制机构14连接。紧凑型控制器12在此根据由上级的控制机构提供的控制信号来操纵两个冗余的紧急制动器16、18。例如，冗余布置的紧急制动器16、18用于防止载人升降机或其他负重坠落。然而，新型紧凑型控制器的使用不限于紧急制动器的操纵。例如，新型紧凑型控制器在其他实施例中用于操纵电磁阀和其他的(优选感应的)电致动器，其中应故障安全地关断高控制电流。

在所述实施例中，紧凑型控制器12具有两个彼此冗余的处理器20a、20b，所述处理器冗余地处理下文描述的输入信号并且根据所述输入信号产生下文描述的输出信号。处理器20a、20b通过其相互监控的方式共同构成故障安全的分析单元22，如这借助于图1中的双箭头所示出的那样。此外，紧凑型控制器12在此具有带有四个功率开关元件24a、24b、24c、24d的功率部件。在优选的实施例中，功率开关元件24分别是半导体元件，例如能够接通和关断大于5安培的控制电流的场效应晶体管。借助于分析单元22确定并且调节功率开关元件24的相应的开关状态。

用附图标记26表示网络部件，所述网络部件由外部施加到输入端子28a、28b上的外部运行电压产生驱动处理器20a、20b和驱动功率开关元件24a至24d所需的内部运行电压。在一个实施例中，施加到端子28a、28b上的外部运行电压为24伏特并且网络部件26产生例如3.3伏特和/或5伏特的内部运行电压。

在优选的实施例中，分析单元22和功率开关元件24以及网络部件26设置在设备壳体30中。与之相应地，控制器12是紧凑型控制器，所述紧凑型控制器在优选的实施例中构成在上级的控制机构14和紧急制动器16之间的唯一连接。在所述实施例中，控制机构14将逻辑控制信号发送到紧凑型控制器12，其中逻辑控制信号预设紧急制动器16的期望状态。紧凑型控制器12一方面产生功率信号、尤其控制电流32，借助于所述控制电流将紧急制动器16、18从未激活状态置于激活状态。另一方面，紧凑型控制器12产生外部状态信号，所述外部状态信号为控制机构14提供关于紧急制动器16、18的实际运行状态的反馈，尤其故障信号34。在优选实施例中，紧凑型控制器12仅为一个连接在致动器16、18上游的功率控制器，所述功率控制器故障安全地执行并且监控致动器16、18的具体操纵。设备的运行控制包括判断：何时应断开或闭合紧急制动器16、18，仅为上级的控制机构14的责任。与之相应地，紧凑型控制器12构成在控制机构14和致动器16、18之间的连接件。

在示出的实施例中，控制机构14是紧急控制机构，所述紧急控制机构在其一侧能够实现按照欧洲标准EN IEC 61508的SIL3和/或根据EN ISO13849的PL e类型进行故障安全的信号处理。在此，控制机构14与之相应地产生第一控制信号36a和冗余的第二控制信号38a，其一起构成共同的控制信号，所述控制信号要使紧急制动器16松开(“释放”)。优选地，两个控制信号36a、38a分别是参考信号地的二进制电压信号。在示出的实施例中，每个控制信号36、38具有自己的信号地36b、38b，使得在此情况下需要四个线路来将两个冗余控制信号从控制机构14传输到紧凑型控制器12。替选地，紧凑型控制器12在此能够在输入端40a-40d上接收双极性的输入信号。在其他实施例中，第一和第二控制信号36、38能够使用共同的信号地，使得两个控制线路和一个共同的接地线路就足以传输冗余控制信号。此外，在其他实施例中可设想的是，控制机构14将第一控制信号36仅单通道地发送到紧凑型控制器12，只要不需要交叉连接识别或者以其他方式实现。后者例如可以借助于动态编码的信号进行，所述信号由控制机构14经由单通道的连接线路传输到紧凑型控制器12。

紧凑型控制器12为了接收第一和第二控制信号36、38具有四个输入接口，其中两个用40a、40b表示。输入接口40a、40b在优选的实施例中构成为在设备壳体30的壳体外侧上的螺栓式接口和/或插塞式接口，并且所述输入接口能够以已知的方式固定与控制机构14的连接线路。

紧凑型控制器12在此能够操纵两个冗余的致动器、尤其即两个冗余的紧急制动器16、18。因此，紧凑型控制器12在此实施例中具有四个其他输入接口42，第一控制信号44和冗余的第二控制信号46能够由控制机构14输送到所述输入接口，其中控制信号44、46在此预设第二紧急制动器18的期望位置。

此外，在所述实施例中，紧凑型控制器12具有两个输入接口48，在所述输入接口上能够分别输送有第三控制信号50、52。第三控制信号50和52分别是单通道的控制信号，所述控制信号预设紧急制动器16或18的期望位置，其中紧凑型控制器12构成为，根据控制信号50/52相对缓慢地切断控制电流32，而控制电流32根据第一控制信号和第二控制信号36、38或44、46尽可能快地中断。因此在优选的实施例中，紧凑型控制器12对于每个控制电路路径具有带有至少两个灭弧运行种类的灭弧件，如这从开头时所提到的DE 103 25 363 A1中已知的那样。所述文献或同样内容的US 7,573,693通过参引结合于此。

总之，控制机构14于是非常快速地使紧急致动器16、18在紧急情况下闭合，其方式是：所述控制机构经由控制信号36/38和44/46预设控制电流32的中断。对此替选地，控制机构14经由控制信号50、52预设控制电流32的中断。在本实施例中，仅为了快速紧急切断控制电流，使用冗余的第一和第二控制信号，而用于缓慢地闭合制动器的(第三)控制信号是单通道的二进制信号。

紧凑型控制器12还具有四个输出接口54a、54b和56a、56b，其中输出接口54a、54b构成用于连接紧急制动器16的第一两极输出接口，而输出接口56a、56b构成用于连接紧急制动器18的第二两极输出接口。控制电流32经过输出接口54a流向制动器16并且经由输出接口54b流回紧凑型控制器12。在本实施例中，紧凑型控制器12经由两个馈给接口58a、58b得到对于产生控制电流32所需的电压。在示出的实施例中，紧凑型控制器12构成为，在馈给接口58a、58b上接收24V和/或48伏特的馈给电压。如在图1中示出的那样，第二紧急制动器18并联于第一紧急制动器16连接到在馈给接口58a、58b上的馈给电压。

紧凑型控制器12还具有三个其他输出接口60a、60b、60c，分析单元22在所述输出接口上提供外部状态信号，所述外部状态信号用信号表示制动器16、18的相应的实际状态和/或紧凑型控制器12的故障状态。在优选的实施例中，输出接口60a、60b、60c与控制机构14的相应的输入端连接，这在此由于清楚原因而未示出。

此外，紧凑型控制器12在此具有两个输入接口62、64，所述输入接口用于接收代表致动器16、18的相应的实际状态的外部位置信号。在示出的实施例中，紧凑型控制器12具有另一输出接口66，分析单元22经由所述输出接口提供测试信号68。在示出的实施例中，测试信号68经由第一开关70引回到输入接口62。此外，测试信号68经由另一开关72引回到输入接口64。开关70、72的开关状态与紧急制动器16、18是否断开或闭合有关，如这在下文中借助于图2和图3详细阐述的那样。在此，开关70的开关状态代表紧急制动器16的运行状态，而开关72代表紧急制动器18的运行状态。因此，借助于测试信号68和开关70、72能够检测相应的紧急制动器的运行状态。借助于在输出接口60a至60c上的状态信号，紧凑型控制器12用信号表示用于控制机构14的分别被识别出的运行状态。在优选的实施例中，紧凑型控制器12经由输出接口60a用信号表示，是否存在无故障的运行。与之相应地，经由输出接口60a输出故障信号34，所述故障信号在当前情况下是二进制的故障信号。高信号用信号表示无故障的运行，而低信号表明故障。不言而喻，信号电平的意义也可以颠倒，其中优选在此选择的关联，因为仅一个激活的高电平用信号表示无故障的运行。

紧凑型控制器12经由输出接口60b用信号表示紧急制动器16的运行状态。紧凑型控制器12经由输出接口60c用信号表示紧急制动器18的运行状态。

最后，紧凑型控制器12还具有两个其他的输出接口74a、74b。分析单元22在所述输出接口上产生两个相对于彼此有相位差的时钟信号(在此未示出)，当紧凑型控制器12不应与在输入端子40、42和48上提供同电势有关的控制信号的控制机构14连接时，所述时钟信号可以被有利使用。例如，也存在具有带有无电势的继电器触点的输出端的控制机构，后续的设备必须借助于测试信号监控所述继电器触点的状态。在输出端子74a、74b上的时钟信号构成为，用于监控位于上游的控制机构的这种输出端，其方式是：有相位差的时钟信号经由控制机构的相应的输出继电器引回到输入接口40、42和48。与之相应地，分析单元22能够选择性地处理在输入端40、42、48上的与电势有关的控制信号或者将在输入端40、42、48上的时钟信号与在输出接口74a、74b上提供的时钟信号进行比较并且根据其操纵功率开关元件24a至24b。

在下文中借助于图2和3描述紧急制动器16、18的功能。两个制动器中的每个构成为，用于将轴78卡住以防围绕相应的轴中心线的转动运动。为此，每个制动器具有与轴78抗扭转地连接的转子80以及电枢板82。用附图标记84表示电磁体。用附图标记86表示弹簧。弹簧86在此将电枢板82预紧，使得电枢板82经由摩擦片衬面(在此未示出)相对于转子80按压并且防止轴78的转动运动。借助于电磁体84能够将电枢板82克服弹簧86的力从转子80拉开，以便能够实现轴78的转动。为了使能紧急制动器(释放)，控制电流32因此必须流过励磁线圈88，其磁场是足够强的，以便使电枢板82克服弹簧86的力运动。

在局部的实施例中，电枢板82的释放的位置(图3)是本发明意义下的限定的最终位置。限定的最终位置的达到在此借助于开关70或72来探测。在示出的实施例中，当电枢板82位于最终位置中时，断开开关70。在此情况下，来自紧凑型控制器12的输出接口66的测试信号68不再到达输入接口62，这由分析单元22探测。根据一个实施例，分析单元22借助于经由开关70、72回读的测试信号68监控，制动器16、18的电枢板82在接通控制电流32之后的限定的时间段T1内实际是否到达最终位置。如果情况不是如此，那么紧凑型控制器12借助于输出接口60a上的故障信号34用信号表示故障状态。

现在参照图4和图5更为详细地阐述紧凑型控制器12的功能。图4在上图表中示出第一控制信号36的变化曲线，控制机构14借助于所述第一控制信号预设紧急制动器16的期望位置。控制信号36在时间点t₀从低电平变换到高电平并且保持在高电平上直至时间点t₃。与之相应地，在t₀至t₃之间的时间段中应使紧急制动器16断开(释放)。

在图4的下图表中示出控制电压92的变化曲线，分析单元12借助于在接口58a、58b上的馈给电压并且借助于功率开关元件24a、24b产生所述控制电压。在时间点t0，分析单元22闭合功率开关元件24a、24b。由此，例如48V的馈给电压从馈给接口58a、58b以整个高度到达电磁体84的励磁线圈88。产生控制电流32，其由于励磁线圈88的互感首先缓慢地并且然后继续呈指数增长。相应的电流变化曲线94在图5中简化地示出。在时间点t₁，借助于控制电流32产生的磁场是足够强的，以便将电枢板82克服弹簧86的力而运动。这导致控制电流32骤降。

因为为了保持电枢板82相较于在开始时拉紧电枢板82所需的控制电流需要更小的控制电流32，所以分析单元22在此将控制电压92在时间点t₂降低到较低的保持电压。在优选的实施例中，分析单元22脉冲地操纵功率开关元件24，这在图4中用虚线示出。得出的控制电压具有相对于开始时的控制电压降低的平均值。在此之后，形成通过励磁线圈88的尽可能固定的静态电流。所述关系保持尽可能固定，直至分析单元22将控制电压92在时间点t₃中断。其结果是，控制电流32呈指数地下降，这在图5中简化地示出。一旦控制电流32下降到使得电磁体84的磁场不再能够保持电枢板82的程度，那么弹簧86再将电枢板82相对于转子80按压。紧急制动器闭合。

在优选的实施例中，分析单元22鉴于下限96和鉴于上限98地监控控制电压92。换言之，分析单元22监控，在持续运行时控制电压92是否具有位于限定的下限96和限定的上限98之间的平均值。当控制电压92过低时，存在电磁体84不能将电枢板82保持在释放的状态中的风险。这会造成制动器不期望的闭合。相反地，如果控制电压92过高，这对控制电流32的切断速度有不利影响。在优选的实施例中，分析单元22借助于故障信号34用信号表示控制电压92何时位于由下限96和上限98限定的区间之外。

此外，在优选的实施例中，分析单元22监控在接通控制电压92和时间点t₁之间的时间区间T₁，电枢板82在时间点t₁达到根据图3的限定的最终位置。如果所述时间区间过长，那么分析单元22将这同样借助于故障信号34用信号表示。

此外，在优选的实施例中，分析单元22在可能的交叉连接、接地或中断方面监控在输入和输出接口上的信号。在此情况下，可能的故障也借助于故障信号34用信号表示。

根据另一实施例，分析单元22能够借助于电流变化曲线94探测电枢板82达到最终位置。在所述实施例中，分析单元22具有存储器(在此未示出)，在所述存储器中存储有以表格值形式的或以参考函数的参数形式的限定的参考变化曲线100。分析单元22测量控制电流32的当前变化曲线94并且将其与参考变化曲线100进行比较。在此足够的是，当前电流变化曲线94和参考变化曲线100的比较关于典型的特性进行，例如在松开电枢板82之后电流变化曲线的骤降。

在其他实施例中可能的是，代替机械开关70、72使用无接触的接近开关，借助于其能够探测电枢板82达到限定的最终位置。此外，在其他实施例中可能的是，电流变化曲线94的监控与具有接触的和/或无接触的开关的使用进行组合。

Claims (14)

1.一种用于故障安全地操纵电致动器(16，18)的紧凑型控制器，所述致动器能够将能运动的机器部件(82)运动到限定的最终位置中，所述紧凑型控制器

具有第一输入接口(40)，以接收预设所述机器部件(82)的期望位置的第一外部控制信号(36)；

具有输入部件，以检测位置信号(68)，所述位置信号(68)用信号表示在所述限定的最终位置上的所述机器部件(82)的实际位置；

具有功率部件，所述功率部件带有至少一个功率开关元件(24)，所述功率部件构成为，用于接通和故障安全地关断用于所述致动器(16，18)的控制电流(32)；

具有第一输出接口(54，56)，以将所述控制电流(32)输送至所述电致动器(16，18)；

具有第二输出接口(60)，以提供外部状态信号(34)；并且

具有分析单元(22)，所述分析单元构成为，用于根据所述第一外部控制信号(36)操纵所述至少一个功率开关元件(24)并且根据所述位置信号(68)产生在所述第二输出接口(60)上的所述外部状态信号(34)。

2.根据权利要求1所述的紧凑型控制器，所述紧凑型控制器还具有第二输入接口(42)，以接收第二外部控制信号(44)，所述第二外部控制信号与所述第一外部控制信号(36)冗余地预设所述机器部件(82)的期望位置。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，所述紧凑型控制器还具有第三输入接口(48)，以接收第三外部控制信号(50)，所述第三外部控制信号与所述第一外部控制信号(36)无关地预设所述机器部件(82)的期望位置，其中所述分析单元(22)根据所述第三控制信号(50)比根据所述第一控制信号(36)更缓慢地切断所述控制电流(32)。

4.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述第一外部控制信号(36)是二进制控制信号。

5.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述输入部件具有至少一个其他的输入接口(62)，经由所述至少一个其他的输入接口能够将所述位置信号(68)作为外部位置信号输送到所述分析单元(22)。

6.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，所述紧凑型控制器还具有第三输出接口(66)，在所述第三输出接口上所述分析单元(22)提供第一测试信号，所述第一测试信号能够经由外部位置开关作为二进制的位置信号(68)引回到所述输入部件。

7.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述控制电流(32)在接通时具有与所述致动器(16，18)相关的当前电流变化曲线(94)，并且其中所述输入部件将所述当前电流变化曲线(94)与限定的参考变化曲线(100)进行比较，以便确定所述位置信号。

8.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中当所述位置信号在所述控制电流(32)接通后限定的第一时间段(T₁)之内用信号表示所述机器部件(82)的实际位置不在所述限定的最终位置上时，那么所述分析单元(22)在所述第二输出接口(60)上产生故障信号(34)。

9.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述至少一个功率开关元件(24)包含第一功率开关元件(24a)和第二功率开关元件(24b)，所述第一功率开关元件(24a)和所述第二功率开关元件(24b)彼此冗余地切换所述控制电流(32)。

10.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述第一输出接口包含第一正输出接口(54a)和第一负输出接口(54b)，所述第一正输出接口(54a)和所述第一负输出接口(54b)共同构成用于连接所述致动器(16，18)的冗余的两极的输出端。

11.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述功率部件产生控制电压(92)，所述控制电压引起到所述致动器的控制电流(32)，并且其中在所述控制电流(32)接通后经过限定的第二时间段(T₂)之后所述分析单元降低所述控制电压(92)。

12.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述功率部件包含引起到所述致动器(16，18)的所述控制电流(32)的控制电压(92)，其中所述分析单元(22)在下限(96)方面并且在上限(98)方面监控所述控制电压(92)，并且其中所述分析单元(22)也根据所监控的所述控制电压产生所述外部状态信号(34)。

13.根据权利要求1或2所述的紧凑型控制器，其中所述至少一个功率开关元件(24)构成为，用于切换大于2A的控制电流。

14.一种用于故障安全地保持负重的设备，所述设备具有：

机械制动器(16，18)，所述机械制动器(16，18)具有转子(80)和电枢板(82)，其中所述电枢板(82)经由至少一个弹簧(86)相对于所述转子(80)预紧，以便防止所述转子运动；

还具有电磁体(84)，所述电磁体构成为，使所述电枢板(82)相对于所述弹簧(86)运动到释放位置中；

并且具有根据权利要求1至13中任一项所述的紧凑型控制器(12)，其中所述电磁体(84)连接在所述紧凑型控制器(12)的第一输出接口(54)上，并且其中所述位置信号将所述电枢板(82)的释放位置用信号表示为限定的最终位置。