CN106255928B - 用于对运动机器部件进行故障安全监控的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对运动机器部件(18)通过限定运动区域的通过次数进行故障安全监控的装置(10)和方法。该装置具有：输入端(32)，该输入端用于拾取表示运动机器部件(18)的运动变量的编码器信号；以及故障安全评估单元(34)，该故障安全评估单元用于根据运动机器部件(18)通过限定运动区域的通过次数来使用故障安全关断信号。故障安全评估单元(34)还被设计成：基于运动变量来确定运动机器部件(18)通过限定运动区域的通过次数。

Description

用于对运动机器部件进行故障安全监控的装置及方法

本发明涉及用于对运动机器部件通过限定运动区域的通过次数进行故障安全监控的装置。

此外，本发明涉及用于对运动机器部件通过预定运动区域的通过次数进行故障安全监控的方法。

本发明具体涉及机器和设备安全领域。一般地，无论其是否涉及机械工具如加工中心、压力机、装配设备或自动机械，对现代机器和设备的操作都伴随着广泛的安全理念。然而，由于乍看之下几乎无法识别的、快速的高度自动化，机器和设备对人、产品及过程产生了许多危险。因此，存在许多限定了要在技术设备的实现中被考虑进去的具体安全要求的指导方针、标准和法律。

相关标准是作为关于机器安全的主要标准的EN ISO 12100:2010、作为关于“机器安全”领域中的面向安全的控制器的设计的主要标准的EN ISO 13849-1(EN 954-1的后继)以及IEC 61508等，这些标准限定了对独立于应用的设备的安全系统的要求。本发明具体涉及以下装置，所述装置关于功能安全实现了至少SIL-2的安全完整性等级(SIL)分类或大于PLc的性能等级，其中，该性能等级根据EN ISO 13849-1限定了每小时危险故障的概率。

必须考虑自动操作的技术设备的不同安全方面。一方面，必须确保不发生人或产品越权接近或进入机器的所分配的行动区域中，或者必须确保运动机器部件在这种情况下安全地转换到安全状态。此外，必须确保运动机器部件自身不离开所分配的行动区域，例如，确保运动机器部件不会超过它的运动轴的端点或者不会以另一方式突破预先限定的机械界限。这样，一方面，技术设备的部件或运动机器部件自身可能整体或部分地被损坏或破坏，从而，耗时且昂贵的修理可能变得必要。另一方面，从它的行动区域退出的运动机器部件可能对人和产品构成其他危害，而上面提到的接近监控不能检测出这样的情况。

因此，对具有可能引起危险的运动机器部件的技术设备的监控经常需要两个监控单元，这两个监控单元通常彼此分开。一方面，进行空间保卫以限制人的进入或者监控通道或通过区域，其中，经常使用墙壁、牢固的保护隔栏或者机电的或光电的安全装置。另一方面，运动机器部件自身必须就其是否位于它的行动区域内被监控。这通常使用位置开关、光栅格或基于相机的安全装置来执行，可以用位置开关、光栅格或基于相机的安全装置来监控行动区域的边界，以记录从行动区域的退出。可替选地，可以以故障安全方式直接确定运动机器部件的各个位置。

在大设备例如汽车制造中的生产线中，必须对具有运动机器部件的多种技术设备进行监控，监控以及相关联的安全理念可能变得非常复杂和昂贵。这尤其因为安全相关的故障安全监控通常通过冗余监控来实现，从而，所使用的安全装置的数量，尤其是传感器和致动器的数量经常加倍。一般地，理想的是将安全装置的数量减到最少并且同时根据所述标准来确保安全。

另外，由于越来越智能的机器例如受计算机控制的自动操作的自动机械，对技术设备的行动区域的监控正变得越来越复杂，原因是：可能通常不再使用清楚的边界来限定技术设备的行动区域。至于行动区域的复杂分割——其中，还必须监控子区域，尤其如果由于如上面提到的故障安全性要求而不得不冗余地监控每个物理边界以及任意自由限定的边界，则所需的传感器的数量会急速增加。

另外，在一些应用领域中，例如，如果在已经多次通过运动区域之后首次出现临界状态，则根本不能在行动区域的边界处使用简单的位置传感器。尤其在能实现多个整转但最大数目是预先限定的关于轴的圆周运动的情况下，不能使用简单的位置传感器进行监控或者只能使用另外的评估单元来对这种监控进行管理，而评估单元本身又必须是故障安全的。

针对该背景，本发明的目的是详细说明以下装置和相应的方法，该装置和相应的方法使对技术设备的运动机器部件的故障安全监控简单、经济有效且灵活并且同时避免上面的缺点。

根据本发明的一个方面，该目的通过以下装置来实现，该装置用于对运动机器部件通过限定运动区域的通过次数进行故障安全监控，该装置具有用于接收编码器信号的输入端，编码器信号表示运动机器部件的运动值，该装置具有故障安全评估单元，该故障安全评估单元用于根据运动机器部件通过限定运动区域的通过次数来提供故障安全关断信号，其中，评估单元被配置成根据运动值来确定运动机器部件通过限定运动区域的通过次数。

根据本方面的另一方面，该目的通过以下方法来实现，该方法用于对运动机器部件通过限定运动区域的通过次数进行故障安全监控，该方法具有以下步骤：

-在输入端处接收表示运动机器部件的运动值的编码器信号；以及

-借助于故障安全评估单元根据运动机器部件通过限定运动区域的通过次数来提供故障安全关断信号，

其中，故障安全评估单元被配置成根据运动值来确定运动机器部件通过限定运动区域的通过次数。

因此，新颖装置和新颖方法基于以下理念：基于对运动机器部件的位置监控来执行对运动机器部件的运动区域的监控；以及至少针对运动机器部件离开它的限定的、容许的运动区域的情况，生成故障安全信号，优选地为冗余关断信号，如果必要，则技术设备可以通过该故障安全信号安全地关断。有利地，新颖装置和新颖方法可以在没有附加传感器或者具有数量减少的附加传感器的情况下以故障安全方式完全监控运动区域的边界。从而，简化了对运动区域的监控并且可以节省关于附加传感器、致动器及其布线的成本。

此外，新颖装置和新颖方法使得能够灵活地选择要被监控的运动区域。因此，区域不必由物理边界来确定，而是可以根据运动机器部件的绝对或相对位置来确定。例如，可以通过相对于固定的静止点的相对位置参数来限定运动区域及其边界。因此，新颖装置可以在不必对传感器布置执行任何结构修改或改变的情况下快速且灵活地适应特定条件。

运动区域的灵活选择还具有以下优点：可以将运动机器部件对物理运动区域的多次通过纳入考虑以例如使得限定超过物理运动区域的运动区域。基于圆周运动的示例，运动区域从而可以通过特定转数来确定。在这种情况下，相应的驱动器的速度将是相对运动值，转数可以根据该相对运动值或根据驱动器的传动比来直接确定。为此，编码器信号可以源于例如安全旋转编码器，使得编码器信号本身是故障安全的。然而，可替选地，根据本发明的装置的输入端处的运动值的冗余检测也是可以的。有利地，运动可以独立于运动或旋转方向而检测。运动可以是旋转运动或平移运动。

因而，上面的过程还可以用于横向运动的情况。为此，加速度、速度和所覆盖的距离之间所需的物理关系是已知的。因此，可以根据所确定的加速度通过将所确定的加速度对时间求积分来计算运动设备部件的速度。类似地，可以通过对速度求积分来确定所覆盖的距离。然而，为了获得速度或距离的实际值，必须在对时间求积分的开始就已知运动设备部件的速度和位置。然而，在自动操作、固定设备的情况下，这都不是问题，原因是：至少在设备的启动之后，通常存在限定的静止状态或者在初始化处理中假定有该静止状态。

另外，表示运动值的不同编码器信号有利地已经能用于具有运动机器设备的许多技术设备并且可以被新颖装置再使用。以这种方式，现有传感器可以用于提供编码器信号，从而可以甚至更经济有效地实现空间监控。对于安全理念，再使用也是可以的，原因是：新颖装置可以有利地与其他传感器例如用于空间保卫的传感器结合，或者在相反的情况下可以替代这些传感器。

另外，新颖装置具有以下优点：新颖装置可以实质上独立于各设备类型以及所使用的安全理念而使用，从而可以用于各种不同的设备。

总的来说，本发明提供了用于对运动机器部件的运动区域进行故障安全监控的经济有效且灵活的可能性。从而，可以完全实现上面提到的目的。

在优选改进中，故障安全评估单元还被配置成基于运动值以故障安全方式来确定运动机器部件的第一运动方向和第二运动方向。

在该改进中，除了运动机器部件的通过次数以外，还可以以故障安全方式来确定运动机器部件的运动方向。这具有以下优点：可以根据机器部件的相对位置和运动方向来对限定运动区域进行限定。在本上下文中，故障安全意味着可以管理运动方向的故障确定，即，该装置被配置成使得不管运动方向的故障检测而提供故障安全关断信号。具体地，运动方向可以是旋转方向。

在进一步的改进中，该装置还包括计数器，通过次数能够存储在计数器中，其中，当运动机器部件已经沿第一运动方向完全通过限定运动区域时，计数器被增加第一限定绝对值，而当运动机器部件已经沿第二运动方向完全通过限定运动区域时，计数器被减小第二限定绝对值。

在该改进中，运动区域由第一边界和第二边界限定，其中，在每次沿固定方向通过运动区域时，计数器被增加特定绝对值；而在每次沿相反方向通过运动区域时，计数器被减小特定绝对值。因此，计数器提供了关于运动区域内的相对位置的信息。从而，可以建立零点，例如，运动机器部件的静止位置，其中，计数器以绝对值指出与该静止点的偏离并且符号表示相应的方向。可以特别地只经由计数器来监控旋转运动，其中，考虑到前后运转，限定运动区域还可以包括多个旋转。

在进一步的改进中，该装置包括存储器，表示限定运动区域的边界的至少一个值能够存储在该存储器中。

在该改进中，边界可以有利地由用户手动地改变。因此，该装置可以特别灵活地适应相应的条件。为了改变所监控的区域，仅须在存储器中对运动区域的边界的参数进行改写。从而，特别地，可以限定和监控未被物理地限制的运动区域。可以通过不同的值，例如，通过绝对和/或相对位置参数或者在圆周运动的情况下通过旋转角度来表示边界。运动区域的边界有利地相对于运动机器部件的静止位置指定，其中，关于静止位置的值也能够可变地存储在存储器中。

在进一步的改进中，评估单元被配置成提供表示第一运动方向或第二运动方向的输出信号。

在该改进中，可以提供附加输出信号，该附加输出信号提供关于相应的运动方向的故障安全信息。有利地，这样的信号可以由较高等级的控制器进行分析并且被结合到整个安全理念中。从而，可以可选择地增补和/或替换其他安全装置。

在进一步的改进中，评估单元被配置成：如果运动机器部件通过限定运动区域的通过次数超过了限定值，则提供警告信号。

在该改进中，如果已经发生了特定的通过次数，则新颖装置可以另外提供警告信号。这样的警告信号可以由例如控制器使用，以在该装置提供关断信号以关断设备之前以校正的方式参与。从而，可以避免由可避免的关断过程引起的不必要的停机时间。

在进一步的改进中，在超过运动值的第一限定值时，评估单元提供关断信号。

在该改进中，除了监控运动区域以外，还可以监控运动值本身。从而，根据本发明的装置可以有利地用于故障安全速度监控并且可以可选地整体地或部分地代替附加传感器。

在进一步的改进中，评估单元被配置成：如果运动值降到低于第二限定值或者表示停止，则提供释放信号。

在该改进中，另外的信号可以由根据本发明的装置来提供，根据该另外的信号，例如，可以对接近设备进行控制。尤其在电源电压被切断之后还执行运动的破旧机器的情况下，在释放信号单元的帮助下，仍可对接近机器进行限制，直到要被监控的机器不产生危险为止。由此，可以通过根据本发明的装置来处理其他安全测量。

在进一步的改进中，该装置包括用于提供编码器信号的故障安全信号编码器，该故障安全信号编码器具有第一测量通道和第二测量通道。

故障安全评估单元，优选地故障安全冗余评估单元，与故障安全信号编码器的连接使实现了没有附加部件的完全且冗余的监控。因此，对于需要单独的单元来检测冗余输入变量的方法，这样的组合是特别有利并且经济有效的。

故障安全信号编码器特别优选地是驱动轴上的具有光采样单元和磁采样单元的旋转编码器。

光采样单元和磁采样单元特别有利地使得能够形成两个全特征测量通道，这两个全特征测量通道彼此独立地操作。除了冗余以外，还可以以这种方式通过两个测量通道来实现差异性安全标准。测量系统优选地均具有同步串行接口(SSI)，该同步串行接口可以传递同一数据格式。从而，评估单元可以对两个通道进行统一分析。可替选地，还可以分别使用仅具有光采样单元或仅具有磁采样单元的旋转编码器。

在进一步的改进中，该装置包括第一开关元件和第二开关元件，其中，根据第一开关元件和第二开关元件的开关位置来提供关断信号。

冗余并因此故障安全的关断信号可以由两个开关元件很好地生成，并且可以确保从传感器输入至致动器的连续冗余。操作电压有利地经由开关元件来引导，输出端处缺少开关元件间接或直接导致要被监控的设备的关断。

在进一步的改进中，故障安全评估单元被配置成冗余的、具有两个通道。

通过使用两个通道的冗余评估单元，可以很好地确保故障安全评估单元的要求。因此，如果使用两个通道的评估单元，则可以确保：甚至在一个通道出故障的情况下，仍然可以关断要被监控的设备。

在进一步的改进中，评估单元包括各自均生成输出信号的第一处理单元和第二处理单元，输出信号表示关断信号，其中，第一处理单元和第二处理单元被配置成彼此互相监控。

通过此改进，冗余并因此故障安全的评估单元可以被特别简单且可靠地实施。由于互相监控，不仅可以确保：在一个通道出故障的情况下，设备被可靠地关断；而且可以确保：还可以可靠地识别故障通道。优选地，监控还包括由评估单元和/或较高等级的控制器对各个通道进行的定期测试。

显然，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的特征以及此后要说明的特征不仅能够以相应的指定组合的方式而且能够以其他组合的方式或以单独的方式使用。

附图中示出了本发明的示例性实施方式，而且将在下面的描述中对这些示例性实施方式进行更详细地说明。在图中：

图1示出了本新颖发明的示例性实施方式的简化的示意性图示；

图2示出了本新颖发明的优选示例性实施方式的框图；

图3a示出了运动机器部件的要被监控的运动区域的示例；

图3b示出了运动机器部件的要被监控的运动区域的另一示例。

在图1中，用附图标记10整体标示新颖装置的优选示例性实施方式。

在此，使用该装置来监控技术设备12，技术设备12由自动机械14表示。在此，自动机械14被布置在固定基座16上，在固定基座16上放置了运动机器部件18，在此，运动机器部件18可以绕其纵向轴线20完全旋转。在运动机器部件18上设置有自动机械臂22，自动机械臂22能够通过运动机器部件18的旋转运动而在空间中运动。从而，技术设备的要被保卫的行动区域在此由自动机械臂22的行动区域加被移动的负载所占据的区域而产生。

在所述情况中应用两个安全测量以确保技术设备12安全。一方面，监控没有发生未经授权而进入要保卫的行动区域中的情况，另一方面，确保技术设备12本身在其预先限定的参数内行动并且不偏离这些参数。对于后一种情况，尤其要监控的是：自动机械臂22以及与该自动机械臂22连接的运动机器部件18是否仍然在其分配的运动区域内。如此后将更详细说明的，在本新颖发明的该优选示例性实施方式中，安全测量均由根据本发明的装置10执行。

在此，自动机械14由电力驱动器24驱动，电力驱动器24经由轴26联接至运动机器部件18。轴26至运动机器部件的联接例如经由具有固定传动比的传动装置(在此未示出)来执行，使得运动机器部件18的运动与电力驱动器24的速度28成比例。在此，驱动器的速度28由信号编码器来检测并且作为编码器信号经由线路30被传送至装置10。可以使用检测速度28的各种方法，然而，优选地使用安全旋转编码器(在此并未更详细地示出)，安全旋转编码器的传感器被联接至轴26，并且安全旋转编码器被配置成：以故障安全方式确定轴26的速度并且生成相应的编码器信号。在此，速度28表示运动值的仅一种可能性。可替选地或另外地，可以通过相应的传感器来确定轴的加速度或绝对距离。从而，该装置不限于特定运动值，而可以优选地使用各种运动值来用于分析，例如，以基于各种单独的测量值来检验分析结果的似然性。

此外，线路30被连接至装置10的输入端32，编码器信号经由装置10的输入端32被中继至故障安全评估单元34。在此，评估单元34的故障安全设计由两个处理单元36、38来指示，两个处理单元36、38彼此是独立的，优选地，两个处理单元36、38可以彼此互相监控。因此，装置10以冗余的方式设计有两个通道。如此后将更详细说明的，故障安全评估单元34基于运动值或使用编码器信号所传送的变量来确定自动机械14对限定运动区域的相应通过。在此，运动区域由运动机器部件18的一个整转来限定，其中，自动机械14可以多次通过该运动区域，即，自动机械可以绕它自己的轴线20旋转多次。如参照图3a和图3b更详细地说明的，限定运动区域不限于圆周运动，而是还可以包括横向运动。

在在此示出的优选示例性实施方式中，故障安全评估单元34基于电力驱动器24的速度28来确定运动机器部件18绕它自己的轴线20实际执行的转数。在其他示例性实施方式中，运动机器部件18的运动可替选地或另外地由其他运动值来确定。在这种情况下，不必以驱动器24直接确定运动值，而是还可以由例如运动机器部件18自身上的加速度传感器来确定运动值。特别优选地，对各种运动值进行检测和分析以启动各种监控。优选地，还可以关于确定的固定点——例如，自动机械14的静止位置——来对运动进行检测。以这种方式，分析可以基于相对值，从而可以对各种传感器的变量进行更容易地比较和/或组合。

根据分析，如果通过限定运动区域的通过次数超过了限定的阈值，则故障安全评估单元34提供故障安全关断信号。在这种情况下，阈值也可以采用值“1”，使得在单次通过限定运动区域之后，便生成故障安全关断信号。在上下文中，故障安全还意味着：即使安全功能的一部分变得不运行，仍然可以使用关断信号确保要被监控的设备关断。因此，如在此由两个开关元件40、42所指示的，在这种情况下，优选地还使用冗余关断信号。供给电压(在此并未更详细地示出)经由开关元件40、42被供给至输出端44、46，在本示例性实施方式中，输出端44、46对经由线路48连接的接触器50进行控制。接触器50的触点又以已知方式串联在电力驱动器24的电源52中。当接触器已经被通电并且从而被收回时，电力驱动器24才被供电并且在操作上准备好。因此，当开关元件40、42中的一个断开时，接触器50中的至少一个掉下，从而由于电源52中断，自动机械14进入安全状态。

在给出的示例中，当运动机器部件18已经绕它自己的轴线20执行固定转数并且从而已经超过限定的阈值时，可能出现上述情况。在这种情况下，阈值可以通过运动机器部件的运动概率的物理限制给定，这并不由驱动器的类型直接引起。为此，例如，压缩空气管线54在此示出在基座16与自动机械臂22之间，自动机械臂22可以仅绕自动机械转动特定转数。一旦发生限定转数，根据本发明的装置就使得自动机械14能够安全地关断。在此，要注意的是，监控不限于所示的示例性实施方式，而是可以用于对通过运动区域的通过次数进行的任何类型的监控，其中，可以使用运动值来确定绝对位置或相对位置。

除了监控通过限定运动区域的通过次数以外，根据图1的示例性实施方式还可以整体地或部分地执行其他安全测量。因此，在此提供了具有监控门58的安全栏56，以确保对自动机械14的行动区域的未授权的接近的安全。门58具有安全装置60，安全装置60具有传感器62和致动器64，其中，安全装置60仅当门58被适当地关断时生成释放信号66。安全装置60的释放信号66在根据本发明的装置10的输入端34处被接收，并且优选地，由评估单元34处理为二进制信号，评估单元34根据释放信号66以上述方式激活输出端44、46。在一个特别优选的示例性实施方式中，在相反的情况下，装置10可以指示安全门开关44锁住安全门直到达到技术设备12的相应的安全状态为止。例如，当驱动器被停用或者速度已经降到低于限定值时，可以达到技术设备12的相应的安全状态。另外地或可替选地，安全装置60还可以具有联锁，使得只有来自装置10的相应的释放信号出现，门才可以打开。

因此，根据本发明的装置通常还可以用于监控运动值本身。例如，当驱动器24已经超过限定的最大速度时，设备的安全关断也可以由新颖装置来执行。总的来说，新颖装置因此可以容易且灵活地结合到现有的安全理念中，以及/或者先前的安全装置可以优选地由新颖装置补充或替代。

在下文中参照图2来说明新颖装置10的特别优选的示例性实施方式。因此，相同的附图标记表示与在图1中相同的部件。

在此，装置10在结构上被划分成三个区域I、II、III。在第一区域I中布置有用于新颖装置10的内部部件的电压供给68。在第二区域II中，逻辑单元和输入端结合。第三区域III包括具有相关联的开关元件40、42的安全输出端44、46。一般地，在此通过新颖装置的壳体70上的圈来表示至外部的接口，其中，优选地设置有弹簧弹力端子。在此，输入端32被配置为RJ45接口并且适合于容纳多芯插线电缆。

在本示例性实施方式中，由安全信号编码器提供编码器信号。在此，编码器由专用测量系统74来表示，专用测量系统74被布置在运动机器部件(在此未示出)的驱动器上并且以故障安全方式确定运动机器部件的运动值。优选地，测量系统74是例如具有光采样单元和磁采样单元的冗余两通道系统，所述两通道系统被布置在驱动轴上并且每一个通道系统均提供表示运动机器部件的运动的信号。可替选地或另外地，其他运动值可以由测量系统74例如由运动机器部件上的加速度传感器来检测。在本示例性实施方式中，一起表示编码器信号的所测得的信号各自经由输入端32处的六芯插线电缆中的一个芯被彼此独立地传送。

对编码器信号的评估由故障安全评估单元34来执行，在本示例性实施方式中，故障安全评估单元34还被冗余地设计有两个通道。为此，评估单元34具有例如为FPGA、ASIC或其他类型的微控制器的形式的第一处理单元36和第二处理单元38。在特别优选的示例性实施方式中，例如通过使用来自不同的制造商的功能相当但结构不同的微控制器——如在此由第二处理单元38上的斜体题字所指示的，故障安全评估单元34额外地不仅被设计为冗余，而且被设计为不同的。该设计使得能够排除系统相关的制造故障。

两个开关元件40、42由故障安全评估单元34基于编码器信号来激活，其中，这两个开关元件各自对安全输出端44、46的一个信号通路76、78进行切换。信号通路被引导时所经由的开关元件的触点优选地各自是断开触点和闭合触点，断开触点和闭合触点关于彼此被正向地引导。如参照图1已经说明的，用于外部接触器的供给电压可以经由信号通路76、78被引导，其中，相关联的信号通路76、78一断开，接触器就掉下。

如上面参照图1已经描述的，故障安全评估单元34可以基于用编码器信号传送的运动值来确定运动机器部件18通过限定运动区域的通过次数，并且可以经由输出端44、46提供冗余关断信号。另外，在本优选实施方式中，故障安全评估单元34还被配置成：如果运动值本身超过了所建立的阈值，则对输出端44、46进行切换。因此，使用在此示出的示例性实施方式，可以确定运动机器部件通过限定运动区域并且同时可以监控驱动器的限制速度或最高速度。

另外优选地，该装置可以被自由地参数化例如以使得关于限定运动区域的值或阈值被存储在存储器80中。由此，该装置可以灵活地适应相应的任务。特别优选地，存储器80是可移除存储器，例如，芯片卡或存储器卡，使得可以在单独的器械上以简单的方式准备和改变配置并且可以将配置转移至装置。

除了关断功能以外，根据本发明的装置10可以有利地执行进一步的面向安全的任务。为此，装置10具有附加的输出端82，可以经由输出端82来提供关断信号或其他类型的警告信号。与输出端44、46相比，输出端82优选地为小尺寸的半导体输出端。例如，在限定了额外的运动区域的情况下，会经由半导体输出端提供额外的警告信号，超过这些区域会触发相应的警告信号。在这种情况下，额外的运动区域的参数化以及关于警告信号的阈值也可以存储在存储器80中。较高等级的控制器84可以是例如可编程控制器(PLC)，可编程控制器基于警告信号来激活设备，以预先阻止通过该装置进行的设备的最终关断。

在根据图2的优选示例性实施方式中，除了上述附加的输出端以外，例如，还为重置/启动单元86和/或反馈单元88提供了附加的输入端。按钮(在此未示出)能够连接至重置/启动单元86，通过重置/启动单元86使得能够实现通过手动释放进行的设备的安全启动。通过手动释放可以确保机器的恢复启动必须由人来确认。因此，如果发生关断，装置10可以经由重置/启动单元来重置。

安全输出端44、46和/或接触器的开关位置可以优选地经由反馈单元88来反馈，装置10可以经由反馈单元88来测试它自己的功能。在优选示例性实施方式中，该装置经由反馈单元88连续测试它自己的功能。

该装置优选地被布置在壳体70中并且优选地适合于安装到标准轨上。壳体可以被安装在控制柜中或者本身可以关于至少IP54优选地为IP67的国际保护标记进行设计。

借助于此后参照图3a和图3b的示例来说明要被监控的两个运动区域，这两个运动区域优选地可以使用新颖装置10来监控。

图3a示出了用于监控圆周运动的优选示例性实施方式。在此，运动机器部件(未更详细示出)经由具有正齿轮90和内部带齿的齿轮92的传动装置来驱动。正齿轮90连接至驱动轴26，驱动轴26自身联接至驱动器(在此未示出)。驱动轴26将驱动器的速度28传送至正齿轮90，正齿轮90转而对内部带齿的齿轮92以及连接至内部带齿的齿轮92的运动机器部件进行驱动。从而，运动机器部件以由传动装置预先限定的比率以与速度28成比例的方式旋转。

在此，运动区域可以由内部带齿的齿轮92的一个整转来限定。因此，通过限定运动区域一次将对应内部带齿的齿轮92的一个整转。可以以本身已知的方式根据速度、旋转速度和/或旋转加速度来确定的所要求的驱动轴26的转数又可以经由传动装置的传动比来确定。因此，在本发明的含义中，旋转加速度、旋转速度和/或速度可以都是运动值。

通过限定运动区域的通过次数此外还取决于驱动器的运动方向。在所示的示例性实施方式中，运动方向由驱动器的旋转方向来确定，运动机器部件可以根据驱动器的旋转方向沿第一运动方向94以及与第一运动方向94相反的第二运动方向96移动通过限定运动区域。除了运动以外，还必须通过新颖装置根据运动值以故障安全方式来确定运动方向94、96。优选地，故障安全确定的运动方向可以经由该装置的单独的输出端被作为另外的信号提供以用于其他应用。

因为可以通过运动值明确地确定限定运动区域，所以可以以简单方式来限定无法在机械边界例如局部旋转中直接捕获的运动区域。因此，利用根据本发明的装置，这些子区域也可以以故障安全方式被监控，并且如果越过了子区域，则可以确保安全关断。为此，不需要附加的安全相关传感器或致动器。

参照图3a在图中示出了各种区域，其中，整数项各自表示通过限定运动区域的相应的通过次数。在此，通过次数与固定点98有关，固定点98表示例如运动机器部件的静止位置。从该固定点98行进，限定了第一区域100和第二区域102，其中，当通过次数超过了这些区域之一时，触发警告。警告可以优选地经由附加的输出端被作为单独的信号提供至较高等级的控制器。第三区域104标记关断区域。如果运动机器部件超过该区域，则由该装置提供故障安全关断信号，基于该故障安全关断信号，运动机器部件的驱动器被可靠且安全地停用。这些区域可以优选地被自由地参数化，使得该装置可以容易地适应改变的条件。

如图3a所示，本发明不限于对圆周运动的监控。例如，参照图3b示出了对平移运动的监控。在此，经由驱动轴26被驱动的正齿轮90啮合在齿条106中，齿条106联接至运动机器部件(在此未示出)。因此，正齿轮90的旋转转换成平移。如先前基于圆周运动所描述的，在齿条106的物理边界108、110内可以限定一个或更多个限定运动区域并且可以由根据本发明的装置以故障安全方式对所述一个或更多个限定运动区域进行监控。

Claims (14)

1.一种用于对技术设备(12)的运动机器部件(18)的空间行动区域进行监控的装置(10)，所述装置(10)包括：

用于从故障安全旋转编码器(74)接收编码器信号的输入端(32)，所述编码器信号表示所述运动机器部件(18)的运动值；以及

故障安全评估单元(34)，所述故障安全评估单元(34)用于提供故障安全关断信号；

其特征在于，所述故障安全评估单元(34)被配置成通过以下操作来提供所述故障安全关断信号：

根据所述运动值以故障安全方式来确定所述技术设备(12)的运动机器部件(18)的第一运动方向(94)和第二运动方向(96)；

根据所述运动值、所述第一运动方向(94)和所述第二运动方向(96)以及所述运动机器部件(18)的绝对或相对位置来确定所述运动机器部件(12)通过限定运动区域的通过次数，其中，所述限定运动区域表示所述技术设备(12)的空间行动区域；以及

基于所确定的运动机器部件(18)通过所述运动区域的次数来提供所述故障安全关断信号。

2.根据权利要求1所述的装置，具有计数器，所述通过次数能够存储在所述计数器中，其中，当所述运动机器部件(18)已经沿所述第一运动方向(94)完全通过所述限定运动区域时，所述计数器被增加第一限定绝对值，以及当所述运动机器部件已经沿所述第二运动方向(96)完全通过所述限定运动区域时，所述计数器被减小第二限定绝对值。

3.根据权利要求1或2所述的装置，还包括存储器(80)，表示所述限定运动区域的边界的值能够存储在所述存储器(80)中。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元(34)被配置成提供输出信号，所述输出信号表示所述第一运动方向(94)或所述第二运动方向(96)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元被配置成：如果所述运动机器部件(18)通过所述限定运动区域的所述通过次数超过了限定值，则提供警告信号。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元(34)被配置成：在超过了所述运动值的第一限定值时，提供所述关断信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元(34)被配置成：如果所述运动值降到低于第二限定值或者表示停止，则提供释放信号。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述故障安全旋转编码器(74)具有第一测量通道和第二测量通道。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述故障安全旋转编码器(74)是驱动轴上的具有光采样单元和/或磁采样单元的旋转编码器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述装置具有第一开关元件(40)和第二开关元件(42)，并且所述关断信号根据所述第一开关元件(40)和第二开关元件(42)的开关位置来提供。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元(34)是两通道冗余评估单元。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中，所述故障安全评估单元(34)具有第一处理单元(36)和第二处理单元(38)，所述第一处理单元(36)和所述第二处理单元(38)各自生成输出信号，所述输出信号表示所述关断信号，其中，所述第一处理单元(36)和所述第二处理单元(38)被配置成彼此互相监控。

13.一种用于对技术设备(12)的运动机器部件(18)的空间行动区域进行监控的方法，所述方法包括以下步骤：

-在输入端(32)处从故障安全旋转编码器(74)接收表示所述运动机器部件(18)的运动值的编码器信号；以及

-由故障安全评估单元(34)提供故障安全关断信号，

其特征在于，所述故障安全评估单元(34)被配置成通过以下操作来提供所述故障安全关断信号：

根据所述运动值以故障安全方式来确定所述技术设备(12)的运动机器部件(18)的第一运动方向(94)和第二运动方向(96)；

根据所述运动值、所述第一运动方向(94)和所述第二运动方向(96)以及所述运动机器部件的绝对或相对位置来确定所述运动机器部件(18)通过限定运动区域的通过次数，其中，所述限定运动区域表示所述技术设备(12)的空间行动区域；以及

基于所确定的运动机器部件(18)通过所述运动区域的次数来提供所述故障安全关断信号。

14.一种计算机程序，具有下述程序代码，所述程序代码被配置成：当所述程序代码在用于对运动机器部件(18)进行故障安全监控的装置的处理器上被执行时，执行根据权利要求13所述的方法。