CN109073700A

CN109073700A - 用于监测安全提供装置的监测设备和用于监测安全提供装置的方法

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Publication number: CN109073700A
Application number: CN201780029455.8A
Authority: CN
Inventors: T·许尔利曼
Original assignee: Trumpf Swiss Joint-Stock Co
Current assignee: Trumpf Swiss Joint-Stock Co; Trumpf Schweiz AG
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-12-21
Also published as: US20190072604A1; KR20190007444A; EP3244221B1; WO2017194546A1; EP3244221A1; US11119156B2; JP2019515303A; JP6738438B2; KR102222980B1

Abstract

一种用于监测安全提供装置(11，111)的监测设备(10，100，200)，其包括：a.第一电源(15)，其与用于连接所述安全提供装置(11)的输入的输入接头(12)连接；b.输出侧的第一测量装置(18)，其与用于连接所述安全提供装置(11)的输出的输出接头(13)连接；c.分析处理设备(20)，其与输出侧的第一测量装置(18)连接并且接收所述测量装置的测量信号；d.输入侧的第一测量装置(17)，其与所述输入接头(12)和所述分析处理设备(20)连接，其中，所述分析处理设备(20)接收所述输入侧的第一测量装置(17)的测量信号并且设置用于分析处理所述测量信号。

Description

用于监测安全提供装置的监测设备和用于监测安全提供装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监测安全提供装置(Sicherheitsgeber)的监测设备，该监测设备包括：

a.第一电源，其与用于连接安全提供装置的输入的输入接头连接；

b.输出侧的第一测量装置，其与用于连接安全提供装置的输出的输出接头连接；

c.分析处理设备，其与输出侧的第一测量装置连接并且接收该测量装置的测量信号。

此外，本发明还涉及一种用于监测安全提供装置的方法。

背景技术

为了位置监测防护栅、防护门、机器面板部分或防护至危险的机器部分的通道或其他危险位置的其他保护装置，规定安全提供装置，所述安全提供装置识别保护装置的断开并且在控制技术上例如通过切断机器来阻止危险。通常，安全提供装置位置固定地布置在保护装置附近。通常，安全开关例如可以考虑为安全提供装置。如果例如探测到安全提供装置断开，则可以表明保护装置断开并且需要将由保护装置至少部分地包围的机器置于安全状态中。安全状态例如可以是：受监测状态、受控停止、减小的转矩、减小的速度、安全的运动方向。通过光机械的或光电的快门或切断来中断激光射束。

通常设置多个安全提供装置。为了探测危险状况，此外必须能够识别是否存在跨接(Querschluss)，也就是说，安全提供装置所连接的线路之间的短路。

由DE 197 02 009 A1中已知一种具有监测开关的监测装置，所述监测装置分别连接到电源上并且与响应相应的开关输出的至少一个分析处理单元耦合。为了进行跨接监测而设置：每组的至少一个监测开关的电压供给通过各个时钟发生器来同步，其中，分析处理单元检查所同步的闭合的监测开关的输出的通过相应的时钟发生器引起的电位变化和至少一个另外的监测开关的同时带电输出。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种用于监测安全提供装置的监测设备和方法，借助所述监测设备和所述方法能够实现可靠地探测安全提供装置的状态和跨接。

根据本发明，该任务通过一种用于监测安全提供装置的监测设备来解决，该监测设备包括：

a.第一电源，其与用于连接所述安全提供装置的输入的输入接头连接；

b.输出侧的第一测量装置，其与用于连接所述安全提供装置的输出的输出接头连接；

c.分析处理设备，其与输出侧的第一测量装置连接并且接收所述测量装置的测量信号；

d.输入侧的第一测量装置，其与所述输入接头和所述分析处理设备连接，其中，所述分析处理设备接收所述输入侧的第一测量装置的测量信号并且设置用于分析处理所述测量信号。

在此，分析处理设备尤其可以设置用于识别：安全提供装置是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。通过不仅在安全提供装置的输出侧检测测量信号，而且在安全提供装置的输入接头上检测测量信号，可以更可靠且更快速地识别：安全提供装置是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。由于通过立即明确的信号状态引起的低的延迟时间可以快速识别探测到安全提供装置断开。

特别有利的是，电源尤其构造为受控电流源。电流源可以让确定的电流流过安全提供装置。该电流通过优选地连接在输出接头的电阻上接地，这导致在电阻上的与电流相关的电压降。在安全提供装置闭合时，在安全提供装置的输入上和输出上(也就是说，在输入接头上和在输出接头上)基本上测量到相等的电压。在安全提供装置断开时，在安全提供装置的输入上相比在安全提供装置的输出上存在更大的电压、尤其电流源的供给电压。如果识别出这点，则将待通过监测设备监测的系统置于安全状态中，例如切断待通过监测设备监测的系统。

为了跨接识别，可以设有控制装置，所述控制装置用于影响在输出接头上可测量的电参量。在此，控制装置可以集成到电源中。电源尤其可以构造为可控电流源。可以对由电源输出的电流进行调制。尤其可以对该电流进行幅度调制或频率调制。该电流例如可以以预给定的脉冲模式的节拍输出。

替代地，控制装置可以具有电阻和与该电阻并联的可控开关，通过该可控开关可以将电阻桥接。根据开关状态，在电阻上下降的电压例如以脉冲模式的或调制信号的节拍变化，开关以该节拍被控制。如果在安全提供装置闭合时不存在跨接，则在安全提供装置的输入和输出上测量的电压仅仅相差在安全提供装置上的电压降，即仅仅略微不同。如果反之存在安全提供装置与其他的以相同方式被监测的安全提供装置的跨接，则产生更大的电压差，所述电压差可以被用于切断所监测的系统或机器(其保护设备通过监测设备来监测)。如果多个安全提供装置闭合并且存在跨接，则在测量位置上、尤其在输出接头上产生相对于预期电压的电压差。

控制装置可以与分析处理设备连接并且由该分析处理设备控制。因此，对于分析处理设备已知：控制装置采取什么信号影响，尤其受控电流源输出多少电流，并且在分析处理所测量的信号时可以考虑这些。

分析处理设备可以包括调制信号发生器，借助该调制信号发生器的调制信号控制控制装置、尤其电源或桥接开关。调制信号发生器例如可以产生调制信号，该调制信号实现由电源输出的电流的频率调制或幅度调制。在本发明的意义内，(数字)脉冲模式的预给定理解为电流信号的幅度调制。通过电源尤其可以输出脉冲式电流，或可以通过开关脉冲式地将电阻桥接。替代地，可以输出在确定的值以内连续变化的电流。

特别有利的是，分析处理设备具有第一微处理器，所述第一微处理器接收所述测量信号并且分析处理所述测量信号。通过微处理器可以以特别简单且快速的方式和方法执行测量信号的比较并且可以相应地分析处理测量信号。因此，可以特别快速地识别：安全提供装置是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。对于安全提供装置的断开，快速性的更大的优点在于，在不同的状态中几乎立即地并且不在下一个查询周期或所读取的下一个脉冲模式的解码之后才存在明确的错误信号，所述错误信号可以用于错误反应。例如可能的是，在l-3ms以内识别断开的安全提供装置。有利地，微处理器也具有调制信号发生器。因此，微处理器知道在无故障运行或无错误的状态的情况下可以预期哪些测量信号。

分析处理设备可以具有接收并且分析处理测量信号的第二微处理器。通过使用第二微处理器实现冗余。因此，可以确保：监测设备中的单个错误不导致安全功能的损失。尤其如果监测设备应被用于监测保护操作员免受危险的激光射束影响的安全盖，则可以通过使用两个微处理器来确保遵守控制系统的机械安全相关部分的标准ISO13849安全性和控制装置的机器安全相关部分的DIN EN ISO 13849-1安全性。因此，这些微处理器中的一个微处理器失效或布线中的错误不会导致不安全状况。

第一微处理器和第二微处理器尤其可以在数据技术上通过总线系统相互连接，并且，每个微处理器可以从测量装置直接地接收该测量装置的测量信号并且分别通过其他的微处理器和数据技术上的连接间接地接收其他测量信号。因此，在安全提供装置的输入上和输出上的测量信号可以供每个微处理器使用，并且，每个处理器可以独立于其他的微处理器地执行测量信号的比较并且推断出安全提供装置的状态。

可以通过以下方式来减少布线的开销，即每个微处理器仅仅与分配给待监测的安全提供装置的测量装置直接连接并且通过其他的微处理器接收分配给待监测的安全提供装置的其他测量装置的测量信号。通过数据技术上的连接也可以交换并且比较通过相应的微处理器求取的比较结果。作为数据技术上的连接尤其可以应用CAN总线。

特别有利的是，设有至少一个另外的输入接头和至少一个另外的输出接头用于连接另外的安全提供装置，其中，所述至少一个另外的输入接头与第二电源和输入侧的第二测量装置连接，并且，所述至少一个另外的输出接头与输出侧的第二测量装置连接。因此，可以监测多个安全提供装置。此外，可以以简单的方式和方法探测跨接。

为了识别跨接，特别有利的是，借助不同的调制信号控制每个控制装置。如果使用受控电流源，则每个电流源可以输出不同的电流。在此，控制装置由第一微处理器还是第二微处理器控制是不重要的。也可以设想，一次微处理器和一次其他的微处理器控制控制装置。重要的是，由控制装置输出的信号、尤其电流是可区分的。出于该原因，有利的是，微处理器负责为所有控制装置产生调制信号。

微处理器的输出信号可以如此连接，使得当所述微处理器中的仅仅一个失效或发送表明跨接或安全提供装置断开的信号时，将待监测的机器置于安全状态中。两个微处理器可以相互独立地执行测量信号比较。所述两个微处理器分别将与微处理器直接连接的测量装置的电压与通过其他微控制器以及通过数据技术上的连接接收的电压、所预期的期望电压或者将这些电压的差与预给定的值进行比较。在此，期望电压例如相应于由电源的经调制的电流和连接在输出接头上的电阻构成的乘积。

此外，一种用于监测安全提供装置的方法属于本发明的范畴内，所述方法具有以下方法步骤：

a.给安全提供装置的输入接头供给电供给信号；

b.在安全提供装置的输入接头上测量电参量；

c.在安全提供装置的输出接头上测量电参量；

d.将这些电参量或与其有关的参量与所预期的参量进行比较，和/或，将在所述输出接头上测量的参量或与其有关的参量与所预期的参量进行比较；

e.根据所述比较来确定，所述安全提供装置是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。

借助所述方法可以实现以上提及的优点。

根据一种优选的方法变型方案可以设置，在安全提供装置闭合时对在输出侧接头上可测量的电参量进行调制，尤其对所述供给信号进行调制、优选地进行幅度调制或频率调制。尤其有利的是，应识别是否存在跨接。在此，应对于每个安全提供装置不同地调制参量、尤其供给信号。本发明相对于以纯的电压脉冲模式进行的跨接识别的优点是，尽管为了跨接而进行调制，不产生用于识别断开的安全提供装置的死区时间，因为不必等候，零信号是脉冲模式的一部分还是通过断开的安全提供装置引起。因此，不必快速地进行用于跨接识别的调制，尽管同时可以根据明确的信号非常快速地识别断开的安全提供装置。

供给信号可以通过电流源来产生，其中，如此控制电流源，使得电流大于0A并且所输出的电压尤其在安全提供装置闭合时低于供给电压。由电流源最大可输出的电压是电流源的供给电压。但是，仅仅在错误的情况下，即当安全提供装置断开时才应施加该电压。优选地，为了调制如此选择最大值，使得在电阻上测量的电压在通常情况下(安全提供装置闭合)遵循相对于该供给电压的信噪比。

如果作为电参量，测量电压，则得出特别简单的分析处理。

如果在安全提供装置的输入接头上测量到供给电压并且在输出接头上测量到在0V范围内的电压，则可以探测到安全提供装置是断开的。尤其可以在输出接头上测量到0V的电压。

如果在安全提供装置的输入接头上和输出接头上测量的、尤其经调制的电压差低于预给定的第一值，则可以探测到安全提供装置是闭合的。预给定的第一值尤其可以相应于在安全提供装置上的所预期的电压降。所预给定的第一值尤其可以在0V的范围内预给定。

如果在安全提供装置的输出接头上测量的参量、尤其经调制的电压偏离所预期的参量，则可以探测到存在跨接。在此，可以根据分配给相应地监测的安全提供装置的调制信号求取所预期的参量。

可以对于多个安全提供装置执行方法步骤a至e，其中，对于每个安全提供装置使用不同的调制信号。以这种方式和方法，可以特别可靠地识别跨接。

本发明的另外的特征和优点根据附图的图由本发明的实施例的以下详细的描述、本发明主要的细节以及权利要求得出。在此示出的特征可以不必要按比例地理解并且如此示出，使得可以使根据本发明的特点清楚可见。在本发明的变型方案中，不同的特征可以单独地或多个任意组合地实现。

附图说明

在示意图中示出并且在以下描述中进一步阐述本发明的实施例。

图1示出一种监测设备的第一实施方式；

图2示出一种监测设备的第二实施方式；

图3a至图3c示出用于示出闭合的安全提供装置的识别的信号变化过程；

图4a至图4c示出用于阐述断开的安全提供装置的识别的信号变化过程；

图5示出一种监测设备的第三实施方式。

具体实施方式

图1示出一种用于监测安全提供装置11的监测设备10，该安全提供装置在所示出的实施例中构造为安全开关。安全提供装置11可以以其输入连接到输入接头12上并且以其输出连接到监测设备10的输出13上。虚线14应示出与安全提供装置11的接口。构造为受控电流源的电源15连接到输入接头12上。该电源又连接到供给电压16上。此外，输入侧的第一测量装置17连接到输入接头12上。输出侧的第一测量装置18连接到输出接头13上。此外，电阻19连接到输出接头13上。因此，借助测量装置18可以测量电阻19上的电压，该电压也施加在输出接头13上。

分析处理设备20包括第一微处理器21和第二微处理器22。第一微处理器21与输入侧的第一测量装置17连接并且直接接收其测量信号。第二微处理器22与输出侧的第一测量装置18连接并且直接接收其测量信号。微处理器21、22在数据技术上——在所示出的实施例中通过总线系统23——相互连接。第一微处理器21通过总线系统23从第二微处理器22接收输出侧的第一测量装置18的测量信号，并且，第二微处理器22相应地通过微处理器21接收输入侧的第一测量装置17的测量信号。

微处理器21和分析处理设备20具有调制信号发生器24，该调制信号发生器提供用于控制电源15的调制信号。由此，对由电源15输出的供给信号、尤其电流信号进行调制。因此，控制装置集成到电源15中，该控制装置影响电源15的输出信号并且因此影响在输出接头13上可测量的电参量(在安全提供装置11闭合时)。在此，调制信号可以实现幅度调制、频率调制和/或脉冲式电流信号的产生。

在微处理器21、22中分析处理、尤其相互比较所检测到的测量信号。通过比较测量信号可以识别，安全提供装置11是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。

图2示出一种监测设备100的另一实施方式。相应于图1的元件的元件具有相同的附图标记。对于图1的监测设备10的元件附加地，图2的监测设备100具有另外的输入接头112和另外的输出接头113用于连接另外的安全提供装置111。在输入接头112上连接有另外的电源115，所述另外的电源连接到电源116上。

相应地，在输入接头112上连接有输入侧的第二测量装置117，该输入侧的第二测量装置同样与分析处理设备20连接并且在那里与第一微处理器21连接。在输出接头113上同样连接有电阻119以及输出侧的第二测量装置118，该输出侧的第二测量装置同样连接到分析处理设备20上并且在那里尤其连接到第二微处理器22上。这意味着，输入侧的第二测量装置117的信号又通过第一微处理器21和总线连接23到达第二微处理器22上，并且，输出侧的第二测量装置118的测量信号相应地通过微处理器21和总线连接23到达微处理器22上。

因此，微处理器21、22也可以将在安全提供装置111的输入侧和输出侧测量的信号进行相互比较和分析处理。

电源115与调制信号发生器24连接。在此，调制信号发生器24设置用于给电源115供给与电源15不同的调制信号。由此，可以更可靠地实现探测跨接。显然，已知微处理器21、22，所述微处理器产生调制信号发生器24的调制信号，从而在分析处理测量信号时可以考虑这一点。如果识别：安全提供装置11、111中的一个是断开的或者存在跨接或者微处理器21、22中的一个失效，则将所监测的机器通过微处理器21、22中的一个置于安全状态中。

分析处理设备20通过总线系统130与上一级的控制装置连接以便信息交换。

显然，监测设备100还可以具有任意多的另外的输入与输出接头用于连接另外的安全提供装置，在所述另外的输入与输出接头上连接电源、电阻和与分析处理设备20连接的测量装置。

图3a示出通过测量装置17测量的电压。图3b示出通过测量装置18在输出接头13上检测到的电压。图3c示出图3a和3b的电压差。因为在输入接头12和输出接头13上测量到几乎相同的电压，所以得出几乎为0V的差或在安全提供装置上的电压降。这表明安全提供装置11是闭合的并且不存在跨接。基于电源15的脉冲式电流信号，在电阻19上出现图3a、3b的电压。对于所使用的调制信号预期图3b的信号。如果测量到其他的信号形状，则这可以表明跨接。

图4a又示出在输入接头12上通过测量装置17测量到的信号。该信号相应于电源15的供给电压16。然而在这种情况下，相应于图4b，在输出接头13上没有探测到电压。在图4c中示出的所得到的差相应于图4a的信号。因此，所测量的电压不等于0V，这表明安全提供装置11是断开的。无电压下降在电阻19上。

图5示出监测设备200的另一实施方式。相应于图1的元件的元件具有相同的附图标记。在图5的监测设备中，供给电压16通过电阻201连接到输入接头12上。在这种情况下，供给电压16和电阻201构成电源。

与电阻19串联地布置有另外的电阻202。与电阻202并联地布置有开关203，通过该开关可以将电阻202桥接。电阻202和开关204构成控制装置204。控制装置204和那里的开关203通过调制信号发生器24来控制。如果据此使开关203接通，则在输出接头13上测量的电压下降。因此，通过控制装置204可以影响通过测量装置18测量的参量。

Claims

1.一种用于监测安全提供装置(11，111)的监测设备(10，100，200)，所述监测设备包括：

a.第一电源(15)，其与用于连接所述安全提供装置(11)的输入的输入接头(12)连接；

b.输出侧的第一测量装置(18)，其与用于连接所述安全提供装置(11)的输出的输出接头(13)连接；

c.分析处理设备(20)，其与输出侧的第一测量装置(18)连接并且接收所述测量装置的测量信号；

其特征在于，

d.输入侧的第一测量装置(17)，其与所述输入接头(12)和所述分析处理设备(20)连接，其中，所述分析处理设备(20)接收所述输入侧的第一测量装置(17)的测量信号并且设置用于分析处理所述测量信号。

2.根据权利要求1所述的监测设备，其特征在于，设有控制装置(24)，所述控制装置用于影响在所述输出接头(13)上可测量的电参量。

3.根据权利要求2所述的监测设备，其特征在于，所述控制装置(204)与所述分析处理设备(20)连接并且由所述分析处理设备控制。

4.根据以上权利要求中任一项所述的监测设备，其特征在于，所述分析处理设备(20)包括调制信号发生器(24)，借助所述调制信号发生器的调制信号控制所述控制装置(204)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的监测设备，其特征在于，所述控制装置集成到所述电源(15)中。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的监测设备，其特征在于，所述控制装置(204)具有电阻(202)，所述电阻能够通过并联连接的开关(203)桥接。

7.根据以上权利要求中任一项所述的监测设备，其特征在于，所述分析处理设备(20)具有第一微处理器(21)，所述第一微处理器接收所述测量信号并且分析处理所述测量信号，或者，所述分析处理设备(20)具有第一微处理器和第二微处理器(21，22)，所述第一微处理器和所述第二微处理器接收所述测量信号并且分析处理所述测量信号。

8.根据权利要求7所述的监测设备，其特征在于，所述第一微处理器和所述第二微处理器(21，22)在数据技术上尤其通过总线系统(23)相互连接，并且，每个微处理器(21，22)从测量装置(17，18)直接地接收所述测量装置(17，18)的测量信号并且分别通过相应的其他微处理器(21，22)和所述数据技术上的连接间接地接收其他测量信号。

9.根据以上权利要求中任一项所述的监测设备，其特征在于，设有至少一个另外的输入接头(112)和至少一个另外的输出接头(113)用于连接另外的安全提供装置(111)，其中，所述至少一个另外的输入接头(112)与第二电源(116)和输入侧的第二测量装置(117)连接，并且，所述至少一个另外的输出接头(113)与输出侧的第二测量装置(118)连接。

10.一种用于监测安全提供装置(11，111)的方法，所述方法包括以下方法步骤：

a.给所述安全提供装置(11，111)的输入接头供给电供给信号；

b.在所述安全提供装置(11，111)的输入接头上测量电参量；

c.在所述安全提供装置(11，111)的输出接头上测量电参量；

e.根据所述比较来确定，所述安全提供装置(11，111)是断开的还是闭合的或者是否存在跨接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在安全提供装置(11，111)闭合时对在所述输出接头(13)上可测量的电参量进行调制，尤其对所述供给信号进行调制、优选地进行幅度调制或频率调制。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，通过电流源产生所述供给信号，其中，如此控制所述电流源，使得所述电流大于0A并且所输出的电压在安全提供装置闭合时低于所述供给电压(16)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，作为电参量，测量电压。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，如下进行探测：

a.如果在所述安全提供装置(11，111)的输入接头上测量到供给电压(16，116)并且在所述输出接头上测量到在0V范围内的电压，则所述安全提供装置(11，111)是断开的；

b.如果在所述安全提供装置(11，111)的输入接头上和在所述输出接头上测量的、尤其经调制的电压差低于预给定的第一值，则所述安全提供装置(11，111)是闭合的；

c.如果在所述安全提供装置(11，111)的输出接头上测量的、尤其经调制的电压偏离所预期的电压，则存在跨接。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，对于多个安全提供装置(11，111)执行所述方法步骤11.a-11.e，其中，对于每个安全提供装置(11，111)使用不同的调制信号。