CN109787573A - 用于故障安全地读取模拟的输入信号的输入电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于故障安全地读取至少一个传感器的模拟的输入信号的输入电路，包括：限流装置，其被构造在第一电流测量信号转换器内并且用于限制在运行中流过第一电流测量信号转换器的最大电流，至少一个第二电流测量信号转换器，其连接到第二输入连接端上并且具有电流测量装置，第一电流测量信号转换器和第二电流测量信号转换器被电串联，以及检查装置，其连接到第一和第二电流测量信号转换器上并且被设置用于将第一输出信号与第二输出信号相比较，以便在输出信号之间的偏差超过了预先确定的或能预先确定的极限值时，识别到电流测量信号转换器的故障。此外，本发明还涉及一种具有所述输入电路的安全开关装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于故障安全地(fehlersicher)读取至少一个传感器的模拟的输入信号的输入电路，其包括第一输入连接端和第二输入连接端以及第一电流测量信号转换器，传感器能连接到第一输入连接端和第二输入连接端上，第一电流测量信号转换器连接到第一输入连接端上并且具有电流测量装置，该电流测量装置在输入电路运行中被设置用于由模拟的输入信号确定第一输出信号。此外，本发明还涉及一种用于安全地切断在自动化工作的技术设备中的负载的安全开关装置，该安全开关装置包括：输入电路，该输入电路被设置用于故障安全地读取模拟的传感器的模拟的输入信号以及用于将模拟的输入信号转换成至少一个模拟的输出信号；模数转换器，该模数转换器被构造用于将输入电路的至少一个输出信号转换成至少一个数字信号；控制和评估单元，该控制和评估单元被构造用于接收和处理至少一个模数转换器的数字信号；以及至少一个执行机构，该执行机构被连接到控制和评估单元上和负载上并且能根据所述数字信号加以驱控。
背景技术
自动化工作的技术设备多年来变得逐渐重要且越来越被广泛使用。在本文中，例如可以将在工业生产过程中的自动化工作的设备称之为用于运送人员或货物的自动化工作的设备或者使用在建筑自动化技术中的设备。在这种技术设备中，用于避免人员受损或物品受损的安全方面变得越来越重要，因为可能有不同的危险源自自动化工作的技术设备，所述危险尤其可能由误操作或由在所述设备的工作流程中的故障引起。
用于保护自动化工作的设备的典型措施例如是借助光电耦合器(Lichtschrank)、光栅、保护栅栏等建立保护区域以及提供紧急关闭开关，所述紧急关闭开关能安全地关断所述设备(或设备部分)。自动化工作的技术设备的中央部件是一种安全开关装置，其例如通过现场总线与传感器和执行机构(执行器)处于通信连接。安全开关装置可以尤其包括评估和控制单元，该评估和控制单元能够设计成可存储编程的安全控制器。除了用于接收数字的输入信号的数字的输入端外，安全开关装置也具有模拟的输入端，通过所述模拟的输入端可以将传感器的模拟的测量信号引导给安全开关装置。此处例如仅应提到模拟的压力传感器、温度传感器、转速传感器或流量传感器，它们可以为安全开关装置提供模拟的测量信号、特别是模拟的电流信号。可以直接连接到安全开关装置的模拟的输入端上的传感器的一个示例是所谓的二线制传感器，在二线制传感器中，通过一条共同的线路传输供能和测量信号。此外也使用三线制传感器和四线制传感器。
由传感器在运行期间检测到的真实的测量值以恰当的方式被传感器标准化成电平，因而传感器输出标准化的模拟的测量信号，该测量信号由信号的类型(例如电流或电压)和数值(例如按照标准EN61131-2:2007在电流信号时为0mA至20mA或者在电压信号时是0V至10V)组成并且形成了用于安全开关装置的输入电路的输入信号。
为了将模拟的传感器信号传递给安全电路装置，优选使用带有去线和回线以及低欧姆的输入端的电流接口。所述电流接口的特征尤其在于，它们即使在线较长时也对干扰不敏感。已经表明，信号类型0mA至20mA不适用于或仅有条件地适用于上面提到的二线制传感器，因为在电流为0mA时(也就是说在测量范围开端上)没有电流流过以及传感器因此为了能够运行需要外部的供电。因此在提供模拟的电流信号作为测量信号的传感器中经常使用在4mA和20mA之间的可用的信号范围。因此在传感器的零位信号下总有4mA的电流流过，因而传感器在整个信号范围内(即也在测量范围开端上)都能被供以能量。用于故障安全地读取模拟的输入信号的输入电路典型地被设置用于测量在0mA至25mA之间的范围内的电流。若检测到在4mA和20mA之间的真正的工作范围之外的输入信号，那么这些输入信号被评估为是故障。当例如在去线或回线中出现断线时，通向安全开关装置的信号传递就被中断。输入电路测量处在工作范围外的0mA的电流，因而能够识别到这个故障。
按照标准EN 61131-2:2007，输入电路的输入电阻必须≤300欧姆。当在这个输入电阻上施加24V的电压时，在这个输入电阻上转化了1.92W的功率。在电压为30V时，在输入电阻上转化的电功率与此对应地为3W。在模拟的电路中经常使用的电阻构造型式是以SMD构造方式实施的所谓的迷你MELF电阻。这种迷你MELF电阻典型地约为3.6mm长并且具有约1.4mm的直径。它们具有0.25W的典型的功率损耗。为了根据上面提到的标准将输入电路的输入电阻在30V的输入电压下设计成300欧姆，需使用12个这种迷你MELF电阻。可以用来测量电流的单个相应大小的电阻(分流电阻)同样可行。基于较大的空间需求，分流电阻通常不是针对30V的过电压而设计的，在所述分流电阻上可以测量电压降，以用于确定流过输入电路的电流。
例如由本发明的申请人在名称“PSSu”下提供带有输入电路的模拟的输入模块，所述输入电路具有115欧姆的输入电阻(分流电阻)并且针对40mA的最大持续电流进行设计。在输入电压为4.6V时已经达到了最大的输入电流。若施加更高的输入电压，则可能毁坏所述分流电阻，从而使输入模块不再起作用以及因此不得不更换。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于故障安全地读取至少一个传感器的模拟的输入信号的输入电路和一种本文开头所述类型的安全开关装置，在所述输入电路和所述安全开关装置中改善对输入电路的保护，以防尤其可能因出现过电压而引起的损坏。
该任务的解决方案提供了一种带有权利要求1的特征部分的特征的本文开头所述类型的输入电路。所述任务在安全开关装置方面由一种带有权利要求11的特征部分的特征的该类型的安全开关装置解决。从属权利要求涉及本发明的有利的扩展设计。
按本发明的输入电路的特征在于，所述输入电路包括：
-限流装置，其被构造在第一电流测量信号转换器内并且被设置用于限制在运行中流过第一电流测量信号转换器的最大电流，
-至少一个第二电流测量信号转换器，其连接到第二输入连接端上并且具有电流测量装置，该电流测量装置在输入电路的运行中被设置用于由模拟的输入信号确定第二输出信号，其中，第一电流测量信号转换器和第二电流测量信号转换器被电串联，以及
-检查装置，其连接到第一和第二电流测量信号转换器上并且被设置用于将第一输出信号与第二输出信号相比较，以便在输出信号之间的偏差超过了预先确定的或能预先确定的极限值时，识别到电流测量信号转换器的故障。
本发明提供一种稳健的、故障安全的模拟的输入电路，其可以接收和处理传感器的模拟的电流信号。基于集成到第一电流测量信号转换器中的限流装置可以有效地限制流过输入电路的电流，特别是在过电压的情况下，因而例如能够有效地防止输入电路的电流测量信号转换器的构件的受损。借助连接到第一和第二电流测量信号转换器上的检查装置能将第一电流测量信号转换器的第一输出信号与由第二电流测量信号转换器提供的第二输出信号相比较。由此可以以有利的方式，特别是在故障安全的观点下达到，在由电流测量信号转换器输出的输出信号之间的偏差超过预先确定的或能预先确定的极限值时，识别到电流测量信号转换器的可能的故障。检查装置可以是单独的(特别是模拟的)组件或构件、特别是比较器，其连接在第一和第二电流测量信号转换器上。备选也可以规定，所述检查装置是安全开关装置的评估和控制单元的一部分，所述安全开关装置具有在此介绍的输入电路。
在一种优选的实施方式中建议，每个所述电流测量装置具有分流电阻以及与之并联的、用来测量和放大落在分流电阻上的电压的放大器、特别是运算放大器。所述运算放大器可以例如被构造成仪器放大器。所述电流测量装置因此形成了电流-电压转换器，在电流-电压转换器中，间接地通过测量落在分流电阻上的电压来确定电流强度。这种电流测量装置的特征在于高的测量精确性以及稳健的构造型式。由于第一和第二电流测量信号转换器皆具有电流测量装置，所以在故障安全方面产生了特别有利的冗余。
在一种特别优选的实施方式中可以规定，所述限流装置形成了包括双极晶体管和带有镇流电阻的齐纳二极管的串联调节器。借助沿截止方向连接的齐纳二极管可以达到有效的电压限制，因而能有效地防止输入电路内可能导致损坏、特别是分流电阻的损坏的过电压。双极晶体管可以尤其被设计成npn型或pnp型晶体管。双极晶体管可以作为射极跟随器被接入。
在一种有利的实施方式中存在这样的可能性，即，双极晶体管具有发射极和集电极，在发射极和集电极之间设置用于在输入电路上施加过电压时吸收功率损耗的电阻。在由齐纳二极管的击穿电压限定的过电压情况下，输入电流的一部分可以流过在发射极和集电极之间的电阻。电功率损耗的一部分因此可以被所述电阻吸收，从而减小了双极晶体管在过电压的情况下受损的风险。当双极晶体管被设计成npn型晶体管或pnp型晶体管时，这个实施方式是有利的。
在一种优选的实施方式中建议，在输入电路的第一输入连接端和双极晶体管的发射极之间设有用于预定极限电流的电阻。
在一种有利的扩展设计中存在这样的可能性，即，输入电路包括测试装置，该测试装置被这样构造，使得它能测试所述限流装置的功能。因此可以检测到所述限流装置的可能的故障，从而可以识别到输入电路的由这些故障造成的功能限制。
测试装置可以以完全不同的方式被实施。
在第一种实施变型方案中，所述测试装置可以被构造用于测量落在输入电路的第一输入连接端和第二输入连接端之间的电压。
在第二种实施变型方案中，所述测试装置被构造用于测量落在限流装置上的电压。
在另一种实施变型方案中，所述测试装置可以被构造用于，测量落在限流装置和第一电流测量信号转换器的电流测量装置上的电压。
所述测试装置可以包括优选实施成运算放大器的放大器、特别是仪器放大器，其测量相应的电压降并且可以输出经放大的电压信号作为输出信号。这个输出信号可以例如借助模数转换器被数字化以及特别是输送给安全开关装置的评估和控制单元，所述安全开关装置包括输入电路。所述评估和控制单元可以评估输出信号，特别是将其与预定的值相比较，以便检测限流装置的可能的故障。所述测试装置也可以包括模拟的比较器，借助该模拟的比较器可以执行这种比较。
按本发明的安全开关装置的特征在于，所述输入电路按照权利要求1至10任一项加以设计。通过上面已经详细阐释了其特征和优点的输入电路的特别的设计，以有利的方式达到了较好地保护输入电路特别是不因过电压而受损。
附图说明
本发明的其它的特征和优点明显借助接下来参考附图对优选的实施例的说明得出。附图中：
图1是示出了安全开关装置的信号走向的细节的方块图，所述安全开关装置连接到传感器上以及连接到两个用于操控自动化工作的技术设备中的负载的执行机构上；
图2是用于图1中的安全开关装置的输入电路，其按照本发明的第一个实施例加以设计；
图3是用于图1中的安全开关装置的输入电路，其按照本发明的第二个实施例加以设计；
具体实施方式
接下来参考图1应当先详细阐述用于自动化工作的技术设备的安全开关装置100的基础结构的细节。安全开关装置100连接在传感器1.1上并且具有输入电路2，该输入电路被构造用于从传感器1.1接收模拟的输入信号并且在输入电路中将该模拟的输入信号转换成能进一步处理的测量信号。输入电路2为此目的具有第一电流测量信号转换器2.1和第二电流测量信号转换器2.2。带有这第一和第二电流测量信号转换器2.1、2.2的输入电路2的细节还将进一步参考图2和3加以详细说明。在安全开关装置100中，出于冗余的原因而实施双通道的、部分交叉的信号引导，其中，图1中的各个信号路径用相应的箭头象征性地表示。
第一电流测量信号转换器2.1连接在第一A/D转换器(模数转换器)3.1上，该第一A/D转换器将由所述第一电流测量信号转换器2.1提供的第一模拟的输出信号转换成数字信号。第二电流测量信号转换器2.2连接在第二A/D转换器(模数转换器)3.2上，该第二A/D转换器将由第二电流测量信号转换器2.2提供的第二模拟的输出信号转换成数字信号。这两个A/D转换器3.1、3.2连接在评估和控制单元4上，该评估和控制单元被设置用于处理和评估由这两个A/D转换器3.1、3.2生成的数字信号。
评估和控制单元4在此被双通道冗余式构造，这在图1中借助两个微控制器4.1、4.2极其简化地示出。评估和控制单元4可以例如是可编程的安全控制器的CPU，其由本发明的申请人在的名称下销售。作为对此的备选方案，评估和控制单元4也可以是安全开关设备的一部分，其由本发明的申请人在的名称下以不同的变型供应，或者涉及用于安全开关装置1的模块状结构的头部模块。这两个微控制器4.1、4.2可以尤其相互监视可能的故障和/或彼此交换数据。
安全开关装置1还具有带有两个冗余的输出级5.1、5.2的输出端5，其中，所述两个微控制器4.1、4.2的每一个都连接在所述两个输出级5.1、5.2的每一个上，以便能够根据由评估和控制单元4处理和评估的数字信号来驱控这些输出级。由此同样在安全方面、特别是在故障安全方面，创造了有利的冗余。
安全开关装置1的输出级5.1、5.2分别连接在执行机构6.1、6.2上。输出端5的第一输出级5.1在此连接在第一执行机构6.1(第一执行器)上。输出端5的第二输出级5.2与此对应地连接在第二执行机构6.2(第二执行器)上。这两个执行机构6.1、6.2电串联并且连接到自动化工作的技术设备内的负载7上。两个执行机构6.1、6.2连接到负载7上，因而能够在需要时故障安全地切断该负载。
接下来应当参照图2详细阐释安全开关装置100的输入电路2的第一个实施例。如上文已经提到的那样，输入电路2具有两个电流测量信号转换器2.1、2.2，它们被电串联并且可以从传感器1.1接收模拟的输入信号。为了这个目的，输入电路2具有差分输入端，该差分输入端由第一输入连接端16(+)和第二输入连接端17(-)形成。传感器1.1可以尤其被构造成所谓的二线制传感器，在该二线制传感器中，通过一条共同的线路来传输供能和模拟的测量信号。模拟的测量信号通过这两个输入连接端16、17被作为输入信号提供给输入电路2，输入信号在当前是电流信号。传感器1.1可以尤其涉及压力传感器、温度传感器、转速传感器或流量传感器。
模拟的传感器1.1优选可以被这样设计，使得它可以提供可用的信号范围在4mA和20mA之间的模拟电流信号。因此由这两个输入连接端16、17形成的差分输入端可以尤其构造成标准化的4mA至20mA的输入接口。在传感器1.1的零位信号(Null-Signal)下在此始终有4mA的电流流过，因而传感器1.1可以在整个信号范围内并且进而也在测量范围开端上被供以能量。输入电路2可以优选被设置用于测量在0mA和25mA范围内的电流。若检测到处在4mA和20mA之间的真正的工作范围外的输入信号，那么这些输入信号被评估为故障。
第一电流测量信号转换器2.1具有电流测量装置10a，该电流测量装置在本实施例中由用于间接测量电流强度的分流电阻10.1和由运算放大器11.1、特别是由仪表放大器形成，所述分流电阻和运算放大器彼此并联。第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a包括第一输入端110a、第二输入端111a和输出端112a，该输出端被设置用于输出第一(模拟的)输出信号，其中，第一输入端110a经由限流装置18与输入电路2的第一输入连接端16连接。
第二电流测量信号转换器2.2具有电流测量装置10b，该电流测量装置在本实施例中由用于间接测量电流强度的分流电阻10.2以及由运算放大器11.2形成，所述分流电阻和运算放大器同样被彼此并联。第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置10b包括第一输入端110b、第二输入端111b和输出端112b，该输出端被设置用于输出第二(模拟的)输出信号，其中，第二输入端111b与输入电路2的第二输入连接端17连接。
因为第一和第二电流测量信号转换器2.1、2.2电串联，所以第一电流测量装置10a的第二输入端111a与第二电流测量装置10b的第一输入端110b连接。分流电阻10.1、10.2被设计成低欧姆的并且可以例如具有50欧姆的(一致的)电阻值。
第一和第二电流测量装置10a、10b从功能的角度看形成了两个电流-电压转换器。当电流流过两个分流电阻10.1、10.2时，该电流造成了在电流测量装置10a、10b的相应的输入端110a、111a或110b、111b之间的电压降。这个电压降在此按照欧姆定理与电流强度成比例。运算放大器11.1、11.2用于放大所测得的电压信号的目的，因而这个被放大的信号可以作为输出信号被输出。基于电流测量信号转换器2.1、2.2的电串联，在正常运行中流过电流测量装置10a、10b的电流是一致的。因此在规格设定一致的分流电阻10.1、10.2时，由第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a在分流电阻10.1上测得的电压降相应于在第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置10b的分流电阻10.2上的电压降。
此外，输入电路2具有检查装置30，用于检查第一电流测量信号转换器2.1的电流装置10a的功能和第二电流测量信号转换器2.2的测量装置10b的功能，该检查装置设计成，使得它可以相互比较第一和第二电流测量装置10a、10b的输出信号(所述输出信号如之前所述那样是放大的电压信号)并且求出可能的偏差。当输出信号的偏差超过一个预先确定的或者能预先确定的、提示电流测量装置10a、10b的故障的极限值时，检查装置30向安全开关装置100的评估和控制单元4提供相应的故障信号。检查装置30也可以备选在评估和控制单元4中被实施。
此外，输入电路2的第一电流测量信号转换器2.1还具有上面已经提到的限流装置18，该限流装置构造在第一输入连接端16和第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a之间，并且该限流装置被设置用于限制流过第一电流测量信号转换器2.1的并且基于电串联因此也流过第二电流测量信号转换器2.2的最大电流。
限流装置18具有串联调节器的功能并且在这个实施例中具有齐纳二极管13和双极晶体管12。镇流电阻14在此接在输入电路2的第一输入连接端6和齐纳二极管13之间以限制在击穿情况下流过齐纳二极管13的电流。镇流电阻14可以例如具有4.7千欧姆的大小。双极晶体管12在这个实施例中是带有基极、发射极和集电极的npn型晶体管，其作为射极跟随器(以及因此在集电极电路中)被连接，因而双极晶体管12的集电极与输入电路2的第一输入连接端16连接，正电压施加在所述第一输入连接端上。双极晶体管12的基极接在镇流电阻14和齐纳二极管13之间。齐纳二极管13预定用于输入电路2的极限电压，该极限电压由齐纳二极管13的击穿电压限定并且例如可以为5.6V。
在电压小于齐纳二极管13的击穿电压的正常运行中，流过小的基极-发射极电流并且因此控制相对高的发射极-集电极电流。因此双极晶体管12在这种运行方式中如闭合的开关那样作用。双极晶体管12为此有能力在达到由齐纳二极管13预定的极限电压(＝击穿电压)时限制流过第一电流测量信号转换器2.1的电流。在第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a的分流电阻10.1上的电压被限制并且因此也限制了流过第一和第二电流测量装置10a、10b的分流电阻10.1、10.2的电流。受齐纳二极管13的镇流电阻14的大小限制的电流在击穿情况下流过齐纳二极管13并且紧接着流过第二电流测量信号转换器2.2。因为在击穿情况下电流受到第一电流测量信号转换器2.1的分流电阻10.1的限制并且受镇流电阻14限制的电流通过齐纳二极管13流入第二电流测量信号转换器2.2，所以可以有利地防止第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a的分流电阻10.1受损以及与第一电流测量信号转换器2.1电串联的第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置10b的分流电阻10.2受损。
此外，输入电路包括测试装置15，该测试装置用于这样的目的，即，测试限流装置18的按规定的功能。在此处所示的实施例中，测试装置15具有运算放大器15.1、特别是仪器放大器，其被设置用于测量和放大基于电流而落在限流装置18和第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置10a上的电压。这种所测得的电压降首先形成了一个模拟的信号，该模拟的信号在相应的转换成数字信号之后可以被评估和控制单元4接收和评估并且与预定的电压极限值相比较。若超过电压极限值，那么评估和控制单元4就产生了相应的故障信号。在一种备选的实施方式中，测试装置15也可以被这样实施，使得它可以测量落在第一输入连接端16和第二输入连接端17之间的电压。若超过电压极限值，那么评估和控制单元4就产生相应的故障信号。当测试装置15包括模拟的比较器，该比较器可以将所测得的电压降与电压极限值相比较时，原则上在前述两种变型方案中也能在测试装置15中直接评估所测得的电压降。
接下来应当参考图3详细阐述输入电路2的第二个实施例。输入电路2同样具有第一和第二电流测量信号转换器2.1、2.2，它们被电串联并且在运行中可以从传感器1.1接收在当前又是模拟的电流信号的模拟的输入信号。为了这个目的，输入电路具有差分输入端，该差分输入端由第一输入连接端16和第二输入连接端17形成。传感器1.1可以如前面已经阐述的那样尤其被设计成所谓的二线制传感器，在二线制传感器中，通过一条共同的线路传输供能和模拟的测量信号。模拟的测量信号(其是模拟的电流信号)通过两个输入连接端16、17被作为输入信号提供给输入电路2。传感器1.1可以尤其以上面已经阐述的方式被实施并且因此可以被这样设计，使它可以提供一个可用的信号范围在4mA和20mA之间的模拟的电流信号。
第一电流测量信号转换器2.1具有电流测量装置20a，该电流测量装置在本实施例中同样由分流电阻20.1以及由运算放大器21.1、特别是由仪器放大器形成，分流电阻和运算放大器彼此并联。第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a包括第一输入端210a、第二输入端211a和输出端212a，输出端被设置用于输出第一输出信号，其中，第一输入端210a通过限流装置19与输入电路2的第一输入连接端16连接。
第二电流测量信号转换器2.2同样具有电流测量装置20b，该电流测量装置在本实施例中由分流电阻20.2以及由运算放大器21.2形成，它们被彼此并联。第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置20b包括第一输入端210b、第二输入端211b和输出端212b，该输出端被设置用于输出第二输出信号，其中，第二输入端211b与输入电路2的第二输入连接端17连接。
因为第一和第二电流测量信号转换器2.1、2.2被电串联，所以第一电流测量装置20a的第二输入端211a与第二电流测量装置20b的第一输入端210b连接。分流电阻20.1、20.2可以例如具有50欧姆的电阻值。
第一和第二电流测量装置20a、20b从功能的角度看形成了两个电流-电压转换器。当电流流过两个分流电阻20.1、20.2时，这个电流在电流测量装置20a、20b的相应的输入端210a、211a或210b、211b之间造成了电压降。这个电压降在此按照欧姆定理与电流强度成比例。运算放大器21.1、21.2用于这样的目的，即，放大所测得的电压信号，因而这个被放大的信号可以被作为输出信号输出。基于电流测量信号转换器2.1、2.2的电串联，在正常运行中流过电流测量装置20a、20b的电流是一致的。因此在参数选择一致的分流电阻20.1、20.2中，由第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a在分流电阻20.1上测得的电压降相应于在第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置20b的分流电阻20.2上的电压降。
此外，输入电路2具有用于检查第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a的功能和第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置20b的功能的检查装置30，该检查装置被设计成，使得它可以将第一和第二电流测量装置20a、20b的如之前阐述那样是放大的电压信号的输出信号相互比较并且可以求出可能的偏差。当所述偏差超过预先确定的或者能预先确定的、表明了电流测量装置20a、20b的故障的极限值时，检查装置30可以向评估和控制单元4提供相应的故障信号。检查装置30也备选能在评估和控制单元4中实施。
输入电路2的第一电流测量信号转换器2.1还具有上面已经提到的限流装置19，该限流装置构造在第一输入连接端16和第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a之间并且被设置用于，限制流过第一电流测量信号转换器2.1和基于电串联也流过第二电流测量信号转换器2.2的最大电流。
限流装置19在这个实施例中具有齐纳二极管23和双极晶体管22，用于在电压击穿的情况下限制流过齐纳二极管23的电流的镇流电阻25接在该齐纳二极管的上游，双极晶体管在当前被设计成pnp型晶体管，该pnp型晶体管具有基极、发射极和集电极并且作为射极跟随器接在集电极电路中。齐纳二极管23的镇流电阻25可以例如具有10千欧姆的大小。双极晶体管22的基极接在齐纳二极管23和镇流电阻25之间。齐纳二极管23在限流装置19的此处所示的设计方案中实现了双极晶体管22的工作点调整并且预定了用于输入电路2的极限电压，该极限电压由齐纳二极管23的击穿电压给定并且例如可以为2.7V。此外，镇流电阻24接在双极晶体管22的发射极的上游，该镇流电阻例如可以设定为56欧姆并且可以预定极限电流。电阻26接在双极晶体管22的发射极和集电极之间(以及因此平行于发射极-集电极段)，该电阻例如可以被设定为1千欧姆。这个电阻26为此有能力在导致齐纳二极管23击穿的过电压的情况下吸收电功率损耗。
在电压小于齐纳二极管23的击穿电压的正常运行中，双极晶体管22如已经在第一个实施例中那样起到闭合的开关的作用，因而流过相对较高的发射极-集电极电流。双极晶体管22为此有能力在达到由齐纳二极管23预定的极限电压时限制流过第一测量信号转换器2.1的电流。在齐纳二极管23上发生电压击穿的情况下，双极晶体管22然后就像串联调节器一样作用，因而电流被保持恒定不变。由镇流电阻24的大小和齐纳二极管23的击穿电压的大小限定的电流在击穿情况下流过第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a的分流电阻20.1以及紧接着流过第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置20b的分流电阻20.2。此外，随着输入电流渐增(或者即使在过电压渐增时)，小的渐增的电流流过了齐纳二极管23和镇流电阻25。
因为在齐纳二极管23的击穿情况下仅受限的电流流过第一电流测量信号转换器2.1的电流测量装置20a的分流电阻20.1以及流过第二电流测量信号转换器2.2的电流测量装置20b的分流电阻20.2，所以可以有利的方式有效地防止了可能因过电压引起的分流电阻20.1、20.2受损。
此外，输入电路在本实施例中也包括测试装置27，该测试装置的目的在于，测试限流装置19的按规定的功能。在此处示出的实施例中，测试装置27具有运算放大器27.1、特别是仪器放大器，其被设置用于测量和放大基于电流而落在限流装置19上的电压。这个所测得的电压降先形成了一个模拟的信号，该模拟的信号在相应地转换成数字信号之后被评估和控制单元4接收和评估并且可以与预定的电压极限值相比较。若超过该电压极限值，从而存在过电压，那么评估和控制单元4就产生相应的故障信号。在一种备选的实施方式中，测试装置27也可以被设计成，使得该测试装置可以测量落在第一输入连接端16和第二输入连接端17之间的电压。若超过所述电压极限值，那么评估和控制单元4就产生相应的故障信号。原则上在两个之前说明的变型方案中，当测试装置27包括模拟的比较器，该比较器可以将所测得的电压降与电压极限值相比较时，也能直接评估在测试装置27中所测得的电压降。
Claims (11)
1.用于故障安全地读取至少一个传感器(1.1)的模拟的输入信号的输入电路(2)，该输入电路包括：
-第一输入连接端(16)和第二输入连接端(17)，传感器(1.1)能连接到第一输入连接端和第二输入连接端上，以及
-第一电流测量信号转换器(2.1)，其连接到第一输入连接端(16)上并且具有电流测量装置(10a、20a)，电流测量装置在输入电路(2)的运行中被设置用于由模拟的输入信号确定第一输出信号，
其特征在于，输入电路(2)包括：
-限流装置(18、19)，其构造在第一电流测量信号转换器(2.1)内并且被设置用于限制在运行中流过第一电流测量信号转换器(2.1)的最大电流，
-至少一个第二电流测量信号转换器(2.2)，其连接到第二输入连接端(17)上并且具有电流测量装置(10b、20b)，所述电流测量装置在输入电路(2)的运行中被设置用于由模拟的输入信号确定第二输出信号，其中，第一电流测量信号转换器(2.1)和第二电流测量信号转换器(2.2)被电串联，以及
-检查装置(30)，其连接到第一和第二电流测量信号转换器(2.1、2.2)上，并且检查装置被设置用于将第一输出信号与第二输出信号相比较，以便在第一和第二输出信号之间的偏差超过预先确定的或能预先确定的极限值时，识别到电流测量信号转换器(2.1、2.2)的故障。
2.按照权利要求1所述的输入电路(2)，其特征在于，每个所述电流测量装置(10a、20a、10b、20b)具有分流电阻(10.1、10.2、20.1、20.2)和与之并联的用于测量和放大落在分流电阻(10.1、10.2、20.1、20.2)上的电压的放大器、特别是运算放大器(11.1、11.2、21.1、21.2)。
3.按照权利要求1或2所述的输入电路(2)，其特征在于，所述限流装置(18、19)形成了串联调节器，该串联调节器包括双极晶体管(12、22)和带有镇流电阻(14、25)的齐纳二极管(13、23)。
4.按照权利要求3所述的输入电路(2)，其特征在于，所述双极晶体管(12、22)被作为射极跟随器接入。
5.按照权利要求3或4所述的输入电路(2)，其特征在于，所述双极晶体管(12、22)具有发射极和集电极，在发射极和集电极之间设有用于当在输入电路(2)上施加有过电压时吸收功率损耗的电阻(26)。
6.按照权利要求5所述的输入电路(2)，其特征在于，在所述输入电路(2)的第一输入连接端(16)和双极晶体管(12、22)的发射极之间设有用于预定极限电流的电阻(24)。
7.按照权利要求1至6任一项所述的输入电路(2)，其特征在于，所述输入电路(2)包括测试装置(15、27)，所述测试装置被这样构造，使得它能测试所述限流装置(18、19)的功能。
8.按照权利要求7所述的输入电路(2)，其特征在于，所述测试装置(15、27)被构造用于，测量落在输入电路(2)的第一输入连接端(16)和第二输入连接端(17)之间的电压。
9.按照权利要求7所述的输入电路(2)，其特征在于，所述测试装置(15、27)被构造用于测量落在限流装置(18、19)上的电压。
10.按照权利要求7所述的输入电路(2)，其特征在于，所述测试装置(15、27)被构造用于，测量落在限流装置(18、19)和第一电流测量信号转换器(2.1)的电流测量装置(10a、20a)上的电压。
11.用于安全地切断在自动化工作的技术设备中的负载(7)的安全开关装置(100)，包括：
-输入电路(2)，其被设置用于故障安全地读取模拟的传感器(1.1)的模拟的输入信号以及用于将所述模拟的输入信号转换成模拟的至少一个输出信号，
-模数转换器(3.1、3.2)，其被构造用于，将输入电路(2)的所述至少一个输出信号转换成至少一个数字信号，
-控制和评估单元(4)，其被构造用于接收和处理至少一个模数转换器(3.1、3.2)的数字信号，以及
-至少一个执行机构(6.1、6.2)，其连接到控制和评估单元(4)上并且连接到负载(7)上并且能根据所述数字信号加以驱控，
其特征在于，输入电路(2)按照权利要求1至10任一项所述的输入电路进行设计。
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