CN108983594B - 安全接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及安全接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路。为了能够提高模块化安全继电器电路的使用寿命，提出了用于安全地接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路，该安全继电器电路具有：其上连接了至少一台机器的至少一个继电器模块和控制继电器触点的控制单元，其中该继电器模块包括至少两个串联连接的继电器触点，该继电器触点可从第一位置变为第二位置，反之亦然，并且其中一个继电器触点通过对另一继电器触点的延迟而提前切换，该控制单元根据继电器触点的状态检测通过延迟来交替地控制继电器触点。

Description

安全接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路

本发明涉及根据权利要求1的用于安全地接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路。

在当今的自动化工业中，整个系统由至少一个安全控制器自主地控制，使得机器执行分配给它的任务，并且在必要时与另一机器进行交互。在这种情况下，尽管自动化程度很高，但整个系统必须具有足够的安全级别来防止人员可能受伤或整个系统发生故障，因此必须满足例如EN ISO 13849标准的要求。

为了满足高的安全性要求，借助传感器监控例如机器的环境、机器的位置和/或移动，其中在未指定的运行状态下，安全控制装置对切断机器的至少一个安全继电器电路进行操作。

原则上，安全继电器电路是已知的并且具有至少一个继电器模块，该继电器模块具有输入端子和输出端子。安全继电器电路在输入端子处获得输入信号，其中该输入信号由至少一个连接的信号发射器提供，并且输出信号经由输出端子被传送到连接到继电器模块的至少一台机器，其中输出信号由安全继电器电路的控制单元根据输入信号来产生。

换言之，继电器模块能够根据所连接的信号发射器的输入信号将所连接的机器安全地断开并且也能重新再将其安全地接通。为此，继电器模块包括在其输出端子前面的继电器触点，该继电器触点借助于例如控制绕组被激活以闭合或打开。

在这种情况下，至少一个继电器触点比继电器模块的另一继电器触点负荷更大，从而使得负荷更大的继电器触点在理论上决定了整个继电器模块的使用寿命。

因此，本发明的任务在于，提供用于安全地接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路，通过该安全继电器电路可以提高继电器模块的使用寿命。

根据本发明，该任务通过用于安全地接通和/或断开至少一台机器的模块化安全继电器电路得以解决，该安全继电器电路具有其上连接了至少一台机器的至少一个继电器模块和控制继电器触点的控制单元，其中该继电器模块包括至少两个串联连接的继电器触点，该继电器触点可以从第一位置变到第二位置，反之亦然，以及其中一个继电器触点通过对另一继电器触点的延迟而提前切换，该控制单元根据继电器触点的状态检测通过延迟交替地控制继电器触点。

由此，产生的优点是，继电器触点被均匀地磨损，从而可以增加继电器模块的最大可能切换次数。

根据优选实施例，在第一位置继电器触点闭合而在第二位置继电器触点打开，或者在第一位置继电器触点打开而在第二位置继电器触点闭合。此外，有利地，控制单元还包括逻辑模块，该逻辑模块在延迟受控的继电器触点切换时执行延迟。由此，可以以最简单的方式改变延迟的设置。

根据另一优选实施例，当继电器触点从第一位置转变到第二位置时，切换的延迟在几毫秒范围内。为此，继电器模块还具有安全的响应行为，尽管继电器触点被受控延迟地切换。

根据另一优选实施例，当继电器触点从第二位置转变到第一位置时，切换的延迟在几十到几百毫秒范围内，因为相较于机器的切断，机器的接通过程对时间要求没那么严格(weniger zeitkritisch)。

根据另一优选实施例，用于通过延迟变换继电器触点的状态检测包括继电器触点的多个有效的开关周期。通过这种方式，控制单元可以完全自动地监测和控制继电器触点的磨损。

根据另一优选实施例，延迟可以由操作者手动地接入或切断，由此，操作者可以非常容易地在继电器模块或其继电器触点的高的响应时间(即断开延迟)或更长的使用寿命(即接通延迟)之间进行选择。

附图说明

以下将基于附图根据实施例对本发明的其它优点和特征进行阐述。图中示出：

图1是自动化系统中的根据本发明的模块化安全继电器电路的示意图。

图1示意性地示出了自动化系统，该自动化系统包括根据本发明的连接到机器的模块化安全继电器电路1。安全继电器电路1接通或断开负载回路，该负载回路向例如作为机械手臂R示出的机器提供能量。在这种情况下，可以安全地实施机器的接通和断开，或者仅实施安全的接通或仅安全的断开，从而使得可以通过安全继电器电路1满足不同的应用。

所示的安全继电器电路1包括继电器模块2，该继电器模块具有输入端子2-I和输出端子2-O，其中在输入端子2-I上连接了例如相机K和光栅LG作为信号发射器。在输出端子2-O上连接了机械手臂R，使得继电器模块2可以根据相机K或光栅LG的信号切断或接通对机械手臂R的电力供应。

信号发射器的信号被提供给对信号进行评估的控制单元CPU。根据评估，控制单元CPU生成相应的控制信号，以便安全地控制机械手臂R。也就是说，例如在光栅LG的保护场被中断的情况下，控制单元CPU生成相应的控制信号以便将机械手臂R与电力供应分开。如果光栅LG的保护场继续保持中断，则控制单元CPU不允许机械手臂R再次接通。

为此，根据本发明，继电器模块2包括至少两个串联连接的继电器触点3a、3b和4a、4b，它们可以从第一位置变为第二位置，反之亦然。例如，继电器触点3a、3b和4a、4b在第一位置闭合而在第二位置打开。在继电器触点3a、3b和4a、4b的第一闭合的位置，机械手臂R在继电器模块2的输出端子2-O处与电力供应连接，而在继电器触点3a、3b和4a、4b的第二打开的位置，机械手臂R与电力供应分开。

根据所需的应用，该示例也可以相反地实施。也就是说，当机械手臂R在基本状态下需要与电力供应分开时，继电器触点3a、3b和4a、4b在第一位置打开而在第二位置闭合。

可以是计算机处理器的控制单元CPU根据信号发射器的信号将两个串联连接的继电器触点3a和3b或4a和4b从闭合位置变为打开位置，反之亦然，其中当两个串联连接的继电器触点3a或3b或4a或4b中的一个具有例如焊接形式的继电器触点3a或3b或者4a或4b的故障时，也可安全地控制机械手臂R。

在所示的实施例中，继电器模块2的两个输出端子2-O必须与电力供应连接，使得机械手臂R可以进行操作。如果两个继电器触点3a、3b和4a、4b中的一个未闭合，则机械手臂R保持不操作。也就是说，通过所示的继电器模块2的布线实现了对机械手臂R进行安全的双通道冗余控制。

根据本发明，两个串联连接的继电器触点中的一个3a或4a通过延迟切换另一串联连接的继电器触点3b或4b而提前切换，其中控制继电器触点3a、3b和4a、4b的控制单元CPU确定继电器触点3a、3b和4a、4b的状态并根据继电器触点3a、3b和4a、4b的状态检测或所检测的状态通过延迟来交替地控制继电器触点3a或3b和4a或4b。对于“提前”理解为两个串联连接的继电器触点3a或3b和4a或4b中的一个总是在另一继电器触点3b或3a和4b或4a之前切换。

换句话说，并且基于图1中的实施例，控制单元CPU通过延迟来控制更紧邻输出端子2-O的继电器触点3b或4b，使得更远离输出端子2-O的继电器触点3a或4a在通过延迟被控制的相应的继电器触点3b或4b之前切换。在这种情况下，控制单元CPU检测继电器触点3a、3b和4a、4b的状态，并根据继电器触点3a、3b和4a、4b的状态通过延迟来变换对继电器触点3b或4b的控制，从而使到此为止提前切换的继电器触点3a或4a在到此为止延迟切换的继电器触点3b或4b之后切换。

也就是说，提前切换的继电器触点3a或4a由控制单元CPU通过延迟进行控制，使得至此为止通过延迟切换的继电器触点3b或4b现在被提前切换。在继电器触点3a、3b和4a、4b的状态被再次检测之后，控制单元CPU再次在继电器触点3a、3b和4a、4b上变换通过延迟的控制，由此，可以确保继电器触点3a、3b和4a、4b被均匀地磨损，以便延长继电器模块2或模块化安全继电器电路1的使用寿命。

在此，优选地，控制单元CPU包括逻辑模块，该逻辑模块在串联连接的继电器触点3b或4b切换时实施延迟。逻辑模块能够在需要时实现对控制单元CPU的快速且简单的调整，以便如有必要根据继电器触点3a、3b和4a、4b的状态检测来改变对继电器触点3a、3b和4a、4b的通过延迟的交替控制。

对继电器触点3a或3b或者4a或4b的状态的检测包括例如继电器触点3a或3b或者4a或4b的多个有效的开关周期，以便变换通过延迟来控制的继电器触点3a或3b或者4a或4b的顺序。也就是说，在X个有效的开关周期之后，其中X是自然数，通过延迟来对继电器触点3a或4a进行控制，而不是对至此为止通过延迟来控制的继电器触点3b或4b进行控制。在进一步的经过Y个有效的开关周期之后，其中Y是自然数，控制单元CPU再次改变通过延迟来控制的继电器触点3b或4b的顺序。

根据继电器模块2或安全继电器电路1的操作持续时间，继电器触点3a、3b和4a、4b的有效的开关周期的自然数Y可以等于或小于在继电器模块2或安全继电器电路1的运行之初的继电器触点3a、3b和4a、4b的有效的开关周期的自然数X。由此，可以根据至此为止的操作持续时间缩短对继电器触点3a、3b和4a、4b的延迟控制进行变换之间的持续时间，使得继电器触点3a、3b和4a、4b的磨损可以在交替变换延迟控制的继电器触点3a、3b和4a、4b时被操作持续时间考虑。这会导致增强对继电器模块2或安全继电器电路1的故障的安全性。

特别地，在继电器触点3a、3b和4a、4b从第一闭合的位置转变到第二打开的位置时，继电器触点3a或3b或者4a或4b的切换的延迟在几毫秒范围内，优选在1到5毫秒内。也就是说，在机械手臂R的切断过程中，快速切换继电器触点3a、3b和4a、4b是与安全相关的，使得延迟控制两个串联连接的继电器触点3a、3b和4a、4b中的一个不应引起继电器模块2或安全继电器电路1的响应行为的相关升高。

当继电器触点3a、3b和4a、4b从第二打开的位置转变到第一闭合的位置时，继电器触点3a、3b和4a、4b的切换的延迟在几十到几百毫秒范围内，优选为几百毫秒。也就是说，机械手臂R的接通过程对时间要求没那么高，使得延迟控制两个串联连接的继电器触点3a、3b和4a、4b中的一个可以引起继电器模块2或安全继电器电路1的响应行为升高。

此外，控制单元CPU的逻辑模块允许操作者手动地接入或切断继电器触点3a、3b和4a、4b的切换的延迟。通过接入继电器触点3a、3b和4a、4b的切换的延迟，操作者可以实现继电器触点3a、3b和4a、4b的改进的、均匀的磨损，并从而实现继电器模块2或安全继电器电路1的使用寿命的提高。但是如果出于安全原因要求继电器模块2或安全继电器电路1有高的、不变的响应行为，则操作者可以切断或无效继电器触点3a、3b和4a、4b的切换的延迟。

参考标记列表

1 模块化安全继电器电路

2 继电器模块

2-I 继电器模块的输入端子

2-O 继电器模块的输出端子

3a，3b，4a，4b 继电器触点

CPU 控制单元

K 相机

LG 光栅

R 机械手臂

Claims (11)

1.一种用于安全地接通和/或断开至少一台机器(R)的模块化安全继电器电路(1)，具有：

至少一个继电器模块(2)，在所述继电器模块上连接了所述至少一台机器(R)，其中，所述继电器模块(2)包括至少两个串联连接的继电器触点(3a，3b；4a，4b)，所述继电器触点能够从第一位置变为第二位置，反之亦然，以及其中，一个继电器触点(3a；4a)通过另一继电器触点(3b；4b)的延迟提前切换，以及

控制所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)的控制单元(CPU)，所述控制单元根据所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)的状态检测通过所述延迟交替地控制所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)；

其中通过所述延迟被控制的所述继电器触点的顺序根据所述继电器触点的多个有效的开关周期而改变。

2.根据权利要求1所述的模块化安全继电器电路(1)，其中在所述第一位置所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)闭合而在所述第二位置所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)打开，或者在所述第一位置所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)打开而在所述第二位置所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)闭合。

3.根据权利要求1所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述控制单元(CPU)包括逻辑模块，所述逻辑模块在延迟受控的继电器触点(3a，3b；4a，4b)切换时实施所述延迟。

4.根据权利要求2所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述控制单元(CPU)包括逻辑模块，所述逻辑模块在延迟受控的继电器触点(3a，3b；4a，4b)切换时实施所述延迟。

5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，当所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)从所述第一位置过渡到所述第二位置时，切换的所述延迟在几毫秒范围内。

6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，当所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)从所述第二位置过渡到所述第一位置时，切换的所述延迟在几十到几百毫秒范围内。

7.根据权利要求5所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，当所述继电器触点(3a，3b；4a，4b)从所述第二位置过渡到所述第一位置时，切换的所述延迟在几十到几百毫秒范围内。

8.根据前述权利要求1至4中任一项所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述延迟可以由操作者手动地接入或切断。

9.根据权利要求5所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述延迟可以由操作者手动地接入或切断。

10.根据权利要求6所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述延迟可以由操作者手动地接入或切断。

11.根据权利要求7所述的模块化安全继电器电路(1)，其中，所述延迟可以由操作者手动地接入或切断。

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