CN105045088A - 用于安全操作技术设备的安全控制装置及其操作方法 - Google Patents

用于安全操作技术设备的安全控制装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于安全操作技术设备的安全控制装置及其操作方法。为了减少在安全控制装置的数字输入端中的功率损耗，提出了一种用于安全操作技术设备的安全控制装置，其具有：至少一个输入单元，其用于接收技术设备所连接的至少一个信号发生器的信号；控制单元，其用于将所接收到的信号读取出来并且用于生成控制命令；以及，至少一个输出单元，其用于将所生成的控制命令发送给技术设备所连接的至少一个致动器，其中，输入单元在输入侧具有开关元件，其可由控制单元控制并且被构造成使得开关元件正好在读取所接收到的信号之前可由控制单元来操作，特别是闭合，而且在将所接收的信号读取出来之后可再次由控制单元进行操作，特别是断开。

Description

用于安全操作技术设备的安全控制装置及其操作方法
本发明涉及一种根据权利要求1的安全控制装置和一种根据权利要求6的用于操作所述安全控制装置的方法。
在现代工业中，技术设备的自动化水平与日俱增，对安全操作自动化技术设备的要求也不断提高。例如ENISO13849-1，IEC62061等标准中就对安全要求进行了描述。
技术设备基本上由：至少一个致动器，其执行自动工作；至少一个信号发生器，其优选为监测所述致动器的安全传感器；以及，安全控制装置所组成，所述安全控制装置与致动器和信号发生器连接并根据信号发生器所发出的信号和处理程序来控制致动器。
在这种情况下，信号发生器与安全控制装置的至少一个输入端连接，而致动器与安全控制装置的至少一个输出端连接。
信号发生器的信号被传输至安全控制装置的至少一个输入端以进一步处理或评估，从而使得安全控制装置的输入端被作为电流吸收器(Stromsenke)。
所使用的信号发生器的数量也随着自动化的提高而增加，从而使得在安全控制装置的输入端位置的信号发生器上提高的组装密度会因安全控制装置的输入端处的电流而造成不可忽略的功率损耗。
因此本发明的任务在于，改进用于安全操作技术设备的安全控制装置，从而实现在安全控制装置输入端处的功率损耗减少。此外本发明的任务还在于，提供一种用于操作所述安全控制装置的方法，使得安全控制装置能节能地运行。
根据本发明，此任务通过用于安全操作技术设备的安全控制装置得以实现，所述安全控制装置具有：至少一个输入单元，其用于接收技术设备所连接的至少一个信号发生器发出的信号；控制单元，其用于将接收到的信号读取出来并且生成控制命令；以及，至少一个输出单元，其用于将生成的控制命令发送给技术设备所连接的至少一个致动器，其中输入单元在输入侧具有开关元件，该开关元件可由控制单元控制，并且其被构造成使得正好在读取接收到的信号之前可由控制单元操作开关元件，特别是可将开关元件闭合，而且在将所接收的信号读取出来之后可再次由控制单元来操作，特别是可将开关元件断开。
这具有的优点在于，只有当开关元件闭合从而将信号发生器的信号读取出来时才会在安全控制装置的输入端产生功率损耗。将信号发生器的信号读取出来之后，通过断开开关元件来停止所述功率损耗。
根据一个优选的实施例，控制单元可周期性地，特别是以离散的时间间隔来控制开关元件。在这种情况下，因在读取时通过控制单元切换了开关元件故必须结束信号发生器所发出信号的可能瞬态响应。
根据另一个优选的实施例，开关元件是电子或机电的开关。
此外，根据一个优选的实施例，信号发生器为光电传感器、紧急停止开关或类似器件。
根据另一个优选的实施例，控制单元被设计用于根据开关元件的闭合和断开来确定输入单元的状态。这时，控制单元会在开关元件闭合或断开之后将开关元件或输入单元的故障状态识别出来，例如信号电平、状态引脚等不发生变化，特别是不会从高变到低，反之亦然。
此外，根据本发明，上述任务通过用于操作安全控制装置的方法得以实现，所述安全控制装置具有：至少一个输入单元，其用于接收技术设备所连接的至少一个信号发生器所发出的信号；控制单元，其用于将接收到的信号读取出来并且生成控制命令；以及，至少一个输出单元，其用于将生成的控制命令发送给技术设备所连接的至少一个致动器，其中，信号发生器的信号被发送到输入单元并且控制单元对布置在输入单元输入侧的开关元件进行操作，特别是将其闭合，从而将信号读取出来，然后再次操作开关元件，特别是将其断开，从而将输入单元与信号发生器分开。
根据一个优选的实施例，控制单元周期性地，特别是以离散的时间间隔来闭合或断开开关元件。
根据另一个优选的实施例，控制单元将开关元件在闭合和断开时的状态进行比较并从中确定开关元件和/或输入单元安全无误地准备运行。其中，在尽管把开关元件闭合或断开，但信号电平、状态引脚等仍然保持不变时，由控制单元有利地确定将开关元件闭合或断开之后开关元件和/或输入单元的错误。
根据本发明的装置或根据本发明的方法可用类似的方式通过其它特征来进一步改进并同时显示类似的优点。此类其它特征是示例性的，但是并不限于在隶属于独立权利要求的从属权利要求中所述的。
下面还借助实施例并且参考附图对本发明的其它优点和特征进行描述。附图中的图片示出：
图1为技术自动化系统的示意图；
图2为根据本发明的安全控制装置输入端的示意性详细视图；
图3为在信号发生器的信号与在安全控制装置输入端的电流或功率损耗之间的常规关系的示意图；
图4为在信号发生器的信号与在根据本发明的安全控制装置输入端的电流或功率损耗之间的、根据本发明的关系的示意图。
图1示出了技术自动化系统1的示意性，所述系统具有作为致动器A的机器人手臂，其用于实施自动化过程。在执行工作时，借助至少一个信号发生器2、3、4来监测致动器A。
在这种情况下，信号发生器2、3、4是光电传感器、紧急停止开关或类似器件。在所示实施例中，通过相机2、光栅3和紧急停止开关4对致动器A进行监控。
信号发生器2、3、4和致动器A通过用于安全操作技术设备1的安全控制装置10彼此连接，其中信号发生器2、3、4与安全控制装置10的至少一个输入单元12连接，而致动器A与安全控制装置10的至少一个输出单元13连接。
安全控制装置10的输入单元12被设置用于接收技术设备1所连接的信号发生器2、3、4发出的信号IN。
输出单元13被设置用于将所生成的控制命令OUT发送到技术设备1所连接的致动器A上。
在这种情况下，安全控制装置10具有控制单元11，该控制单元被设置用于将输入单元12接收到的信号IN读取出来并用于生成发送至致动器A上的控制信号OUT。
因此，根据安全标准ENISO13849-1、IEC62061或类似标准，技术设备1由安全控制装置10安全地操作，操作的方式是信号发生器2、3、4将致动器A与安全有关的信号IN发送至安全控制装置10的输入单元12。所述安全相关的信号IN再由安全控制装置10的输入单元12进一步传送至安全控制装置10的控制单元11，从而使得安全控制装置10的控制单元11生成相应的控制命令OUT并将所述命令发送至安全控制装置10的输出单元13。安全控制装置的10的输出单元13将控制命令OUT发送至技术设备1的致动器A，从而使得其根据控制命令OUT工作。
根据本发明，输入单元12在输入侧具有开关元件5，从而使得通过开关元件5将信号发生器2、3、4连接到输入单元12。
开关元件5可通过安全控制装置10的控制单元11来控制。
在图2中示出了安全控制装置10输入端的根据本发明的实施形式的示意性详细视图。
其中，例如信号发生器以相机2形式连接在开关元件5上，该开关元件布置在安全控制装置10输入单元12的输入侧并且借助安全控制装置10的输入单元12与控制单元11连接。开关元件5是电子或机电的开关，该开关可由安全控制装置10的控制单元11来控制。
根据所述布置，信号发生器或相机2将采集到的信号IN发送至安全控制装置10的输入单元12。
根据常规的现有技术(即安全控制装置10的输入单元12没有根据本发明的开关元件5)如图3所示，信号发生器2的信号IN，如曲线S所示，从t0时刻起会在安全控制装置10的输入单元12产生电流或功率损耗，如曲线V所示，因为其被作为电流吸收器。该功率损耗会从t0时刻起一直存在，只要信号发生器2、3、4的信号IN存在于安全控制装置10的输入端。
当安全技术设备1越来越复杂，即由于信号发生器2、3、4数量增加致使监测更加严密时，会在安全控制装置10的输入端产生较高的累积功率损耗。
为了降低所述功率损耗，在图4中按时间顺序描绘了根据本发明的安全控制装置10操作，其中安全控制装置10具有输入单元12的开关元件5。
和图3一样，图4中也记录了随时间t变化的参数强度I。
在曲线S中再次显示了信号发生器2、3、4的信号IN的强度，其中该强度从t0时刻起从零值变化到非零值。这也就是说，从t0时刻起安全控制装置10输入单元12的信号发生器2、3、4提供可供使用的信号。
在曲线Z1中示出了安全控制装置10的控制单元11对输入单元12的开关元件5进行的控制，其中开关元件5周期性地，特别是以离散的时间间隔能够由安全控制装置10的控制单元11来控制或由其控制。
在这里，由安全控制装置10的控制单元11，如曲线Z1所示，反复通过开关信号来操作输入单元12的开关元件5。
在t0时刻之前，虽然控制单元11的开关信号(t<t0时的曲线Z1)也发送到了开关元件5，但是在输入单元12或在安全控制装置10中确定没有发生变化。
从t0时刻起直至t1时刻，其中t1大于t0，将信号发生器2、3、4的信号IN提供给安全控制装置10之后，控制单元11的开关信号会对开关元件5实施操作，特别是将其闭合，从而使得在信号发生器2、3、4与输入单元12之间的连接建立或闭合。
由此，在安全控制装置10的输入单元12上产生电流或功率损耗，其中可将从t1时刻起的信号发生器2、3、4的信号IN读取出来用于安全控制装置10的控制单元11–如曲线V所示。
这就是说，输入单元12的开关元件5可以或会直接在将信号发生器2、3、4所接收并提供使用的信号IN读取出来之前由控制单元11来操作，特别是可闭合，或者控制单元已对开关元件进行了操作，特别是已闭合-t1时刻的曲线Z2。
在预定的时间范围之后直至t2时刻，特别是安全控制装置10的控制单元11再次断开输入单元12的开关元件5，从而使信号发生器2、3、4和输入单元12之间的连接中断或者会被中断-t2时刻的曲线Z1。
这样一来，安全控制装置10输入单元12上的电流流动会停止，在这种情况下防止了安全控制装置10输入端上的功率损耗-t2时刻的曲线V。
因此与传统技术相比，尽管有信号发生器2、3、4的信号IN存在，但是通过对输入单元12的开关元件5进行的操作，会实现将安全控制装置10输入端的功率损耗显著降低。
节约的功率损耗有利地提供可使用的能量，使得通过更大的电流或更高的电流值而无需更大的消耗就可开关输入单元12的开关元件5。这另外还带来的一个优点就是输入单元12的抗干扰性或鲁棒性得以改进。
此外在介于t1和t2之间的时刻(1)，信号发生器2、3、4的信号IN的读取由安全控制装置10的控制单元11启动。在所述时刻(1)读取的信号IN由控制单元11处理，从而生成控制命令OUT并可将所述控制命令经由输出单元13发送至致动器A。
在时刻(1)将信号发生器2、3、4的信号IN读取出来确保的是，信号IN和开关信号对输入单元12的开关元件5的可能瞬态响应，如图4中的曲线Z1所示，不会对分析产生干扰性影响。这就是说确保了在读取信号IN时可能的瞬态响应已结束。
在t2时刻再次操作，特别是断开输入单元12的开关元件5之后，将控制单元11设置用于在时刻(2)将信号发生器2、3、4与安全控制装置10的输入单元12之间连接的信号电平、状态引脚等读取出来。这时借助信号电平、状态引脚等由控制单元11确定，在信号发生器2、3、4与安全控制装置10的输入单元12之间的连接或输入单元12的开关元件5是否没有错误。
这就是说，控制单元11在时刻(2)借助电流或功率损耗的曲线V或曲线Z2来确定，信号电平、状态引脚等是否因操作开关元件5而发生了改变。
如果安全控制装置10的控制单元11对开关元件5进行了操作，但在t2时刻之后曲线V或Z2中没有发生变化，那么安全控制装置10的控制单元11会识别出在信号发生器2、3、4与安全控制装置10的输入单元12之间的连接或输入单元12的开关元件5本身没有正常工作，因此存在故障。
因此，可以根据开关元件5的状态反馈直接在对其进行操作后确定输入单元12的开关元件5以及输入单元12本身安全无误地准备运行。
参考标记列表

Claims (14)

1.一种安全控制装置(10)，其用于安全操作技术设备(1)，所述安全控制装置(10)具有：至少一个输入单元(12)，其用于接收技术设备(1)所连接的至少一个信号发生器(2、3、4)的信号(IN)；控制单元(11)，其用于将接收到的信号(IN)读取出来并且生成控制命令(OUT)；以及，至少一个输出单元(13)，其用于将所生成的控制命令(OUT)发送给所述技术设备(1)所连接的至少一个致动器(A)，其中，所述输入单元(12)在输入侧具有开关元件(5)，所述开关元件(5)可由所述控制单元(11)控制并且被构造成使得所述开关元件(5)正好在读取所接收到的信号(IN)之前能够由控制单元(11)操作，而且在将所接收的信号(IN)读取出来之后能够再次由所述控制单元(11)进行操作。
2.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，正好在读取所接收到的信号(IN)之前能够由所述控制单元(11)将所述开关元件(5)闭合而且在将所接收的信号(IN)读取出来之后能够由所述控制单元(11)将所述开关元件(5)断开。
3.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，所述控制单元(11)能够周期性地控制所述开关元件(5)。
4.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，所述控制单元(11)能够以离散的时间间隔控制所述开关元件(5)。
5.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，所述开关元件(5)是电子或机电的开关。
6.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，所述信号发生器(2、3、4)为光电传感器、紧急停止开关或类似器件。
7.如权利要求1所述的安全控制装置(10)，其中，所述控制单元(11)被设计用于根据所述开关元件(5)的操作来确定所述输入单元(12)的状态。
8.如权利要求7所述的安全控制装置(10)，其中，对所述开关元件(5)的操作包括闭合和断开。
9.一种用于操作安全控制装置(10)的方法，所述安全控制装置(10)具有：至少一个输入单元(12)，其用于接收技术设备(1)所连接的至少一个信号发生器(2、3、4)的信号(IN)；控制单元(11)，其用于将所接收到的信号(IN)读取出来并且生成控制命令(OUT)；以及，至少一个输出单元(13)，其用于将所生成的控制命令(OUT)发送给所述技术设备(1)所连接的至少一个致动器(A)，其中，所述信号发生器(2、3、4)的信号(IN)被发送到所述输入单元(12)，并且所述控制单元(11)对布置在所述输入单元(12)的输入侧的开关元件(5)进行操作，从而将所述信号(IN)读取出来，然后再次操作所述开关元件(5)，从而将所述输入单元(12)与所述信号发生器(2、3、4)分开。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述控制单元(11)将布置在所述输入单元(12)输入侧的开关元件(5)闭合，从而将所述信号(IN)读取出来，然后将所述开关元件(5)再次断开，从而将所述输入单元(12)与所述信号发生器(2、3、4)分开。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述控制单元(11)周期性地操作所述开关元件(5)。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述控制单元(11)以离散的时间间隔闭合和断开所述开关元件(5)。
13.如权利要求9所述的方法，其中，所述控制单元(11)将所述开关元件(5)在闭合和断开时的状态进行比较并从中确定所述开关元件(5)和输入单元(12)安全无误地准备运行。
14.如权利要求13所述的方法，其中，在所述开关元件(5)闭合或断开之后，如果所述开关元件(5)或输入单元(12)的信号电平、状态引脚等保持不变，则所述控制单元(11)确定所述开关元件(5)或输入单元(12)有故障。
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