CN115890711A - 继电器安全系统及机械手臂控制器 - Google Patents

继电器安全系统及机械手臂控制器 Download PDF

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陈毅弘
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Abstract

一种继电器安全系统，包括继电器、紧停装置、触发侦测电路、黏点侦测电路及断电电路。紧停装置用以产生紧停信号。触发侦测电路连接继电器及紧停装置，且用以将紧停信号转换成触发信号。黏点侦测电路连接触发侦测电路及继电器，且用以侦测继电器产生的黏点信号，并依据触发信号及黏点信号产生断电信号。断电电路连接紧停装置、继电器及黏点侦测电路，且接收断电信号，并依据断电信号断开继电器的电源。

Description

继电器安全系统及机械手臂控制器
技术领域
本发明与机电设备的控制器有关，特别是指一种机械手臂控制器及继 电器安全系统。
现有技术
继电器(Relay)广泛应用于自动控制领域，例如机械手臂、机械设备 或其他机电设备。但继电器的机械接点会随着使用的温度及电气条件等因 素，导致常开接点与共同接点黏合在一起，而形成黏点或死吸的状态。
中国台湾第M472196号新型专利公开一种继电器接点故障侦测系统， 其透过控制回路单元的设计来触发控制系统发出警报，而不允许再次启动 控制系统。其另一实施例是透过保护回路单元来断开内部控制低电压源的 电力。因此，该专利需随时侦测继电器的状态，且透过切断内部控制低电 压源的传输来切断高压电源的运作，而无法单独切断内部控制低电压源及 高压电源的传输路径。但其在两继电器的其中一者出现接点异常时就进行警报来禁止下一次启动，并无法直接断开继电器的电源。此外，若两继电 器同时发生异常时，该专利未给予解决教示。
中国第CN101427335号专利公开一种电源控制装置及继电器的异常 检测方法，其透过电容元件的充电规划来判断继电器的状态。
中国第CN109216113A号公开案公开一种继电器装置，其透过在继电 器内部设置控制部，控制部包括故障侦测部及切换控制部，这种方式需重 新设计继电器结构且由于增设控制部，因此，体积应较一般继电器更大， 而不利于装设在有限空间的控制器内。
发明内容
有鉴于上述缺失，本发明的其中一个目的是在于提供一种继电器安全 系统及应用继电器安全系统的机械手臂控制器，其可在继电器出现接点异 常时断开继电器的相关电源，以提高继电器使用的安全。
依据本发明所提供的继电器安全系统包括继电器、紧停装置、触发侦 测电路、黏点侦测电路及断电电路。紧停装置用以产生紧停信号。触发侦 测电路连接继电器及紧停装置，且用以将紧停信号转换成触发信号。黏点 侦测电路连接触发侦测电路及继电器，且用以侦测继电器产生的黏点信号， 并依据触发信号及黏点信号产生断电信号。断电电路连接紧停装置、继电 器及黏点侦测电路，且接收断电信号，并依据断电信号断开继电器的电源。
本发明提供一种机械手臂控制器，包括继电器安全系统。
本发明的继电器安全系统及应用继电器安全系统的机械手臂控制器 可透过紧停装置产生的紧停信号来让触发侦测电路驱动黏点侦测电路判 断继电器是否有黏点异常，并在有黏点异常时透过断电电路断开继电器的 相关电源，以提高继电器使用安全，此外，透过紧停装置亦可达成测试继 电器是否有黏点异常的问题，来提高继电器使用的可靠度。
附图说明
有关继电器安全系统的详细构造、特点与其制作方法将于以下的实施 例予以说明，应能理解的是，以下将说明的实施例以及图式仅只作为示例 性地说明，其不应用来限制本发明的申请专利范围，其中：
图1是本发明的继电器安全系统的组成方块示意图。
图2是延续图1中继电器安全系统的硬体电路图。
具体实施方式
以下通过所列举的若干实施例配合图式，详细说明本发明的技术内容 及特征，本说明书内容所提及的“连接”或“电连接”用语，只是以正常 形成电性导通或连接的用语，并非作为限制主张范围的用意。又，说明书 内容所提及的“高输入”或“低输入”、“高输出”或“低输出”等电性信 号准位或位阶的形容用语，只是以正常形成电性信号的高低基准的例示描 述用语，并非作为限制主张范围的用意。
为了详细说明本发明的技术特点所在，现举以下的实施例并配合图式 说明如后，其中：
如图1所示，本发明的继电器安全系统10应用于机械手臂控制器， 或其他需要继电器的环境。
继电器安全系统10包括继电器11、紧停装置13、触发侦测电路15、 黏点侦测电路17及断电电路19。继电器11包括线圈111、常开接点113、 常闭接点115及共同接点117。紧停装置13用以产生紧停信号。其中，触 发侦测电路15、黏点侦测电路17及断电电路19是设置在电路板(图中未 绘示)。
触发侦测电路15连接继电器11的线圈111及紧停装置13，且用以接 收紧停信号。黏点侦测电路17连接触发侦测电路15及继电器11的常闭 接点115，且用以依据紧停信号及继电器11的接点信号来产生断电信号。 断电电路19连接黏点侦测电路17、继电器11及紧停装置13，且依据断 电信号断开继电器11的电源。
在正常情况下进行供电运作时，继电器11可以透过常开接点113与 共同接点117导通来供应电力至负载，此时，常闭接点115与共同接点117 是断开，而没有接通。当正常情况下进行断电运作时，继电器11的常闭 接点115与共同接点117导通，且常开接点113与共同接点117会断开， 而没有接通，故无法供应电力至负载30。负载30例如机械手臂控制器的其他电路或马达等。
在发现继电器11有异常时，继电器11的常开接点113与共同接点117 都是被接通的，也就是常开接点113与共同接点117是吸死或黏住状态， 相同的，常闭接点115与共同接点117则呈现没有接通的状态，如此，继 电器11将无法有效地切断供应至负载的电力。
在这异常状况下，本发明是透过触发侦测电路15侦测紧停信号的状 态，并在触发侦测电路15侦测到紧停信号后，触发侦测电路15将紧停信 号转换为触发信号，以将触发信号传送至黏点侦测电路17。黏点侦测电路 17依据触发信号运作，以侦测继电器11的接点状态。
本实施例中，黏点侦测电路17是侦测常闭接点115的运作状态，在 有紧停信号且常闭接点115与共同接点117是断开状态时，表示继电器的 常开接点发生吸死或黏住的异常状态，异常状态称为黏点，随后，黏点侦 测电路17产生断电信号，而使断电电路19依据断电信号断开继电器11 的电源，以进行检查及维修等作业。
此外，在有紧停信号，但常闭接点115与共同接点117是连接状态时， 表示继电器11仍正常。
本实施例中，断电电路19包括第一开关单元191及第二开关单元193。 第一开关单元191连接第一电源VS1及紧停装置13，且用以依据断电信号 断开供电至紧停装置13，第二开关单元193连接第二电源VS2及常开接点 113，且用以依据断电信号断开供电至继电器11的常开接点113，而断开 继电器11的相关电源，来达成断电的目的。
延续前述正常状态下，在黏点侦测电路17侦测到常闭接点115与共 同接点117是断开状态时，表示吸死或黏住状态已解除，因此，继电器11 正常而不会产生断电信号。
如图2所示，图2是延续图1的实施例，但差异在于应用两个继电器 11。换言之，其他实施例中，继电器的数量可以更多，例如三个或三个以 上。
紧停装置13包括保险丝131及连接保险丝131的紧停开关单元133。 紧停开关单元133用以作动或触发来产生紧停信号，但其他实施例中，紧 停装置13也可以透过其他元件或电子电路，以产生紧停信号。
触发侦测电路15包括输入保护单元151、第一运算放大器OPA1及第 二运算放大器OPA2。黏点侦测电路17包括第一N通道电晶体 (N-MOSFET)Q1，且依据触发信号运作。断电电路19包括光耦合器195、 第二N通道电晶体Q2、第一P通道电晶体(P-MOSFET)Q3、第二P通道电晶体Q4及输出保护单元197。其中，第一开关单元191及第二开关单 元193分别是第一P通道电晶体Q3及第二P通道电晶体Q4。
输入保护单元151电连接紧停装置13的输出端VD(即紧停装置13的 紧停开关单元133)及第一运算放大器OPA1的反相输入端，第一运算放大 器OPA1的正相输入端电连接第一电源VS1，第一运算放大器OPA1的输 出端电连接至第二运算放大器OPA2的反相输入端。第二运算放大器OPA2 的正相输入端电连接第一电源VS1。第二运算放大器OPA2的输出端电连接第一N通道电晶体Q1的闸极(gate)，第一N通道电晶体Q1的源极(source) 连接至接地端。第一N通道电晶体Q1的漏极(drain)电连接至继电器的常 闭接点115、第一电源VS1、第二N通道电晶体Q2的闸极及第一P通道 电晶体Q3的闸极。第二N通道电晶体Q2的源极电连接至接地端。第一 P通道电晶体Q3的源极电连接第一电源VS1，输出保护单元197电连接第 一P通道电晶体Q3的漏极及紧停装置13的输入端，即紧停装置13的保 险丝131。光耦合器195的一次侧电连接第一电源VS1及第二N通道电晶 体Q2的漏极，光耦合器195的二次侧电连接第二电源VS2及第二P通道 电晶体Q4的闸极。第二P通道电晶体Q4的源极电连接第二电源VS2，第 二P通道电晶体Q4的漏极电连接继电器11的常开接点113。紧停开关13 的输出端VD电连接继电器11的线圈111。
本实施例中，输入保护单元151及输出保护单元197是相同的组成， 其组成包括二极体及瞬态导通二极体，如此，透过输入保护单元151及输 出保护单元197的设置来避免第二电源VS2及第一电源VS1接线错误所造 成的供电系统(即第二电源VS2及第一电源VS1供电环境)发生损坏。
在一般或称正常供电状况下，继电器11的常开接点113连接共同接 点117，常闭接点115则是打开，而允许供电至负载。此时，紧停装置13 没有作动或触发时，紧停装置13提供高输出至第一运算放大器OPA1的 反相输入端，而使第一运算放大器OPA1的输出端是低输出，第二运算放 大器OPA2的输出是高输出，如此，第一N通道电晶体Q1是导通状态， 即第一N通道电晶体Q1的漏极-源极导通，而使第一N通道电晶体Q1的 漏极是低输出，此时，第二N通道电晶体Q2、第一P通道电晶体Q3及 第二P通道电晶体Q4的闸极是低输入，而使第二N通道电晶体Q2截止， 第一P通道电晶体Q3及第二P通道电晶体Q4是导通状态，而持续供电 给继电器11。
当紧停装置13被作动或触发时，紧停装置13提供低输出至第一运算 放大器OPA1的反相输入端，而使第一运算放大器OPA1的输出端是高输 出，第二运算放大器OPA2的输出是低输出，使得第一N通道电晶体Q1 截止，且继电器11的常闭接点115是连接共同接点117，也就是继电器 11是正常的，因此，第一P通道电晶体Q3及第二P通道电晶体Q4是导 通状态，而可继续对继电器供电。
当紧停装置13被作动或触发时，紧停装置13提供低输出至第一运算 放大器OPA1的反相输入端，而使第一运算放大器OPA1的输出端是高输 出，第二运算放大器OPA2的输出是低输出，第一N通道电晶体Q1截止， 且继电器11的常闭接点115没有连接共同接点117，表示常开接点113与 共同接点117可能发生黏点状况，也就是继电器11是异常的，此时，第 一P通道电晶体Q3及第二N通道电晶体Q2的闸极是高输入，而让第二 N通道电晶体Q2导通，致使光耦合器195运作，以让第二P通道电晶体 Q4的闸极是高输入，而使第一P通道电晶体Q3及第二P通道电晶体Q4 是截止(或称未导通)状态，来断开第二电源VS2及第一电源VS1的传输路径。
断电电路19中光耦合器195用以透过第一电源VS1来控制第二P通 道电晶体Q4的闸极电压，以使断电电路19能有效同步切换第一P通道电 晶体Q3及第二P通道电晶体Q4。又，光耦合器195能有效隔离第一电源 VS1及第二电源VS2，以避免第一电源VS1及第二电源VS2相互影响。
如此，本发明的继电器安全系统可透过紧停装置的紧停信号来给予紧 停的请求，以透过触发侦测电路及黏点侦测电路来确认继电器是否有异常， 即黏点问题，并在异常存在时，通过断电电路来断开全部继电器的相关电 源。机械手臂控制器可透过继电器安全系统来断开继电器的电源，以对机 械手臂进行维修、保养或更换继电器。
透过上述实施例说明本领域技术人员可理解本发明的继电器安全系 统的硬体配置的技术及目的，因此，上述关于运算放大器及电晶体(包括N 通道电晶体或P通道电晶体)的配置亦能在硬体中透过数量或逻辑元件安 排来改变来达成相同的技术及目的，因此，实施例中所说明的运算放大器 及电晶体只是以本实施例中的说明，并非作为限制主张范围的用意。
符号说明
10:继电器安全系统
11:继电器
111:线圈
113:常开接点
115:常闭接点
117:共同接点
13:紧停装置
131:保险丝
133:紧停开关单元
15:触发侦测装置
151:输入保护单元
17:黏点侦测装置
19:断电电路
191:第一开关单元
193:第二开关单元
195:光耦合器
197:输出保护单元
30:负载
OPA1:第一运算放大器
OPA2:第二运算放大器
Q1:第一N通道电晶体
Q2:第二N通道电晶体
Q3:第一P通道电晶体
Q4:第二P通道电晶体
VS1:第一电源
VS2:第二电源
VD:输出端

Claims (9)

1.一种继电器安全系统，包括：
继电器；
紧停装置，用以产生紧停信号；
触发侦测电路，连接该继电器及该紧停装置，且用以将该紧停信号转换成触发信号；
黏点侦测电路，连接该触发侦测电路及该继电器，且用以侦测该继电器产生的黏点信号，并依据该触发信号及该黏点信号产生断电信号；及
断电电路，连接该紧停装置、该继电器及该黏点侦测电路，且接收该断电信号，并依据该断电信号断开该继电器的电源。
2.根据权利要求1所述的继电器安全系统，其中，该断电电路包括第一开关单元及第二开关单元，该第一开关单元电连接该紧停装置及第一电源，该第二开关单元电连接该继电器的常开接点及第二电源，该断电电路依据该断电信号控制该第一开关单元及该第二开关单元处在截止状态。
3.根据权利要求2所述的继电器安全系统，其中，该断电电路包括光耦合器及电晶体，该光耦合器的一次侧电连接该第一电源及该断电电路的电晶体，该光耦合器的二次侧电连接该第二电源及该第二开关单元，该断电电路依据该断电信号控制该断电电路的电晶体导通。
4.根据权利要求3所述的继电器安全系统，其中，该黏点侦测电路包括电晶体，连接该继电器的常闭接点、该触发侦测电路及该断电电路，且依据该触发信号截止。
5.根据权利要求4所述的继电器安全系统，其中，该黏点侦测电路在没有接收该触发信号时，该黏点侦测电路的电晶体是导通。
6.根据权利要求2所述的继电器安全系统，其中，该断电电路包括输出保护单元，连接该第一开关单元及该紧停装置。
7.根据权利要求2所述的继电器安全系统，其中，该触发侦测电路包括第一运算放大器及第二运算放大器，该第一运算放大器的反相输入端电连接该紧停装置，该第一运算放大器的正相输入端电连接该第一电源，该第一运算放大器的输出端电连接该第二运算放大器的反相输入端，该第二运算放大器的正相输入端电连接该第一电源，该第二运算放大器的输出端电连接该黏点侦测电路。
8.根据权利要求7所述的继电器安全系统，其中，该触发侦测电路包括输入保护单元，连接该紧停装置及该第一运算放大器的反相输入端。
9.一种机械手臂控制器，包括根据权利要求1至8所述任一项的继电器安全系统。
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