DE102010021895B3

DE102010021895B3 - Sicherheitssensoranordnung

Info

Publication number: DE102010021895B3
Application number: DE201010021895
Authority: DE
Inventors: Dr. Lohmann Lutz
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitssensoranordnung (1) mit wenigstens zwei Sicherheitssensoren. Jeder Sicherheitssensor weist zwei Sicherheitsschaltausgänge auf, über welche ein im jeweiligen Sicherheitssensor generiertes Schaltsignal ausgebbar ist. Die Schaltzustände des Schaltsignals werden über Halbleiter-Schaltelemente im Sicherheitsschaltausgang vorgegeben. Die Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren sind über eine Parallelschaltung derart verknüpft, dass eine funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgänge erhalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitssensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei den hierfür eingesetzten Sicherheitssensoren handelt es sich generell um Sensoren mit einem sicheren, vorzugsweise fehlsicheren Aufbau, die zu Überwachungszwecken im Bereich der Sicherheitstechnik, insbesondere im Bereich des Personenschutzes, eingesetzt werden. Derartige Sicherheitssensoren können insbesondere als optische Sensoren wie scannende Distanzsensoren oder Lichtvorhang ausgebildet sein. Generell wird mit derartigen Sicherheitssensoren ein Gefahrenbereich eines Arbeitsgeräts, das als Anlage, Maschine, Roboter oder dergleichen ausgebildet sein kann, überwacht. Die Überwachung erfolgt derart, dass mit dem Sicherheitssensor überwacht wird, ob ein Objekt oder insbesondere ein sicherheitskritisches Objekt im Gefahrenbereich vorhanden ist. Nur wenn der oder die Sicherheitssensoren fehlerfrei arbeiten und wenn in dem Gefahrenbereich von dem oder den Sicherheitssensoren kein sicherheitskritischer Objekteingriff festgestellt wird, wird durch den oder die Sicherheitssensoren das Arbeitsgerät eingeschaltet. Ansonsten wird das Arbeitsgerät durch die Sicherheitssensoren ausgeschaltet.
Jeder Sicherheitssensor weist zwei Sicherheitsschaltausgänge auf, über welche ein Schaltsignal ausgegeben wird, dessen Schaltzustände angeben, ob ein sicherheitskritischer Eingriff im Gefahrenbereich vorliegt oder nicht.
Wird der Gefahrenbereich mit nur einem Sicherheitssensor überwacht, so sind dessen Sicherheitsschaltausgänge jeweils auf ein Schlitz geführt, wobei die Schütze an das Arbeitsgerät angeschlossen sind. Die Schütze schalten dann in Abhängigkeit der Schaltzustände des Sicherheitssensors das Arbeitsgerät ein oder aus.
Sind mehrere, beispielsweise zwei Sicherheitssensoren zur Überwachung des Gefahrenbereichs erforderlich, so ist es bekannt, eine Reihenschaltung derart vorzusehen, dass die Sicherheitsschaltausgänge des ersten Sicherheitssensors an Eingänge eines zweiten Sicherheitssensors angeschlossen sind, wobei dessen Sicherheitsschaltausgänge auf die das Arbeitsgerät steuernden Schütze geführt sind. Durch diese Reihenschaltung wird eine UND-Verknüpfung der in den Sicherheitssensoren generierten Schaltsignale derart ermöglicht, dass das Arbeitsgerät nur dann eingeschaltet wird, wenn keiner der beiden Sicherheitssensoren einen sicherheitskritischen Objekteingriff im Gefahrenbereich meldet.
Nachteilig bei derartigen Reihenschaltungen ist jedoch, dass hierfür in den einzelnen Sicherheitssensoren eine große Anzahl von Ein- und Ausgängen benötigt wird.
Bei einer Parallelschaltung mehrerer Sicherheitssensoren mit herkömmlichen Halbleiter-Sicherheitsschaltausgängen besteht eine Kurzschlussgefahr, wenn die Schaltsignale der Sicherheitssensoren verschieden sind, dass heißt auf verschiedenen Spannungspotentialen liegen. Um diese Kurzschlussgefahr zu vermeiden, müssten aufwändige, spezielle, die Ausgänge vom Schaltpotential entkoppelnde Nachfolgeschaltgeräte für die einzelnen Sicherheitssensoren vorgesehen sein, was einen unerwünscht hohen konstruktiven Aufwand bedeuten würde.
Eine gattungsgemäße Anordnung in Form eines Sicherheitsschaltgeräts ist aus der DE 100 11 211 B4 bekannt. Diese umfasst eine sichere Auswerte- und Steuereinheit sowie ein erstes und ein zweites elektronisches Schaltelement, eine erste und eine zweite Ausgangsklemme und zumindest eine Eingangsklemme für ein erstes Schaltsignal, das über die Auswerte- und Steuereinheit auf die Schaltelemente einwirkt. Das erste und das zweite Schaltelement weisen jeweils einen Ausgang auf, der in Abhängigkeit von dem ersten Schaltsignal ein Ausgangssignal eines ersten oder eines zweiten Potentials (Masse) bereitstellt, wobei der Ausgang des ersten Schaltelements mit der ersten Ausgangsklemme und der Ausgang des zweiten Schaltelements mit der zweiten Ausgangsklemme verbunden ist.
Die DE 102 16 226 A1 betrifft eine Vorrichtung zum fehlersicheren Abschalten eines elektrischen Verbrauchers. Sie besitzt ein erstes und zumindest ein zweites Sicherheitsschaltgerät. Das erste Sicherheitsschaltgerät weist eine erste Auswerte- und Steuereinheit, einen Ausgang und ein elektronisches Schaltelement auf, das in Abhängigkeit von der ersten Auswerte- und Steuereinheit ein potentialbezogenes Schaltsignal an dem Ausgang erzeugt. Das zweite Sicherheitsschaltgerät weist eine zweite Auswerte- und Steuereinheit sowie einen Eingang auf, der mit der zweiten Auswerte- und Steuereinheit und mit dem Ausgang des ersten Sicherheitsschaltgerätes verbunden ist. Das erste und das zweite Sicherheitsschaltgerät sind hier über eine einkanalige Verbindungsleitung miteinander verbunden und das zweite Sicherheitsschaltgerät weist zumindest zwei Eingangskreise auf, denen das potentialbezogene Schaltsignal des ersten Sicherheitsschaltgerätes redundant zueinander zugeführt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltausgang bereitzustellen, welche mit geringem konstruktivem Aufwand eine sichere Verknüpfung mehrerer Sicherheitssensoren ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Sicherheitssensoranordnung mit wenigstens zwei Sicherheitssensoren weist auf jedem Sicherheitssensor zwei Sicherheitsschaltausgänge auf. Über die Sicherheitsschaltausgänge ist ein im jeweiligen Sicherheitssensor generiertes Schaltsignal ausgebbar, wobei die Schaltzustände des Schaltsignals über Halbleiter-Schaltelemente im Sicherheitsschaltausgang vorgegeben werden. Die Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren sind über eine Parallelschaltung derart verknüpft, dass eine funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgänge erhalten wird.
Mit der erfindungsgemäßen Sicherheitssensoranordnung wird mit geringem externem Schaltungsaufwand eine sichere Verknüpfung von Sicherheitssensoren bereitgestellt. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die externe Kurzschaltung wenigstens der Sicherheitsschaltausgänge zweier Sicherheitssensoren eine einfache Parallelschaltung bildet. Durch eine geeignete Hardware- und Firmwareansteuerung der Sicherheitsschaltausgänge innerhalb der Sicherheitssensoren werden jedoch Ausgangssignale an den Sicherheitsschaltausgang derart generiert, dass mit der Parallelschaltung eine funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgang erzielt wird, was im Ergebnis bedeutet, dass ein Einschalten des Arbeitsgeräts nur dann erfolgt, wenn mit beiden Sicherheitssensoren kein sicherheitskritischer Eingriff im Gefahrenbereich registriert wird und entsprechende Schaltsignale von den Sicherheitssensoren ausgegeben werden. Damit werden durch die erfindungsgemäße Verknüpfung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren die sicherheitstechnischen Vorgaben erfüllt, die an eine Mehrfachanordnung von Sicherheitssensoren zur Überwachung eines Gefahrenbereichs gestellt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltausgänge besteht darin, dass durch die Parallelschaltung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren eine kurzschlusssichere Verknüpfung auch für den Fall gegeben ist, das die Schaltzustände der Schaltsignale der Sicherheitssensoren durch Halbleiter-Schaltelemente, insbesondere Transistoren, erzeugt werden, wenn diese unterschiedliche Schaltzustände, dass heißt Ausgangspotentiale haben.
Vorteilhaft sind dabei in jedem Sicherheitssensor pro Schaltausgang wenigstens zwei Halbleiter-Schaltelemente vorgesehen, nämlich ein High-Side-Schaltelement zur Vorgabe des Schaltpegels eines ersten Schaltzustands und ein Low-Side-Schaltelement zur Vorgabe des Schaltpegels eines zweiten Schaltzustands. Die Vorgabe der Schaltzustände der Schaltausgänge kann dabei derart variabel ausgebildet sein, dass mit den Schaltelementen verschiedene Schaltpegel Low, High, Hochohmig oder auch dazwischen liegende Schaltpegel generiert werden können. Dementsprechend können die über die Sicherheitsschaltausgänge ausgegebenen Schaltzustände, nämlich der ON-Zustand, der einen freien Gefahrenbereich signalisiert, und der OFF-Zustand, der einen sicherheitskritischen Objekteingriff im Gefahrenbereich signalisiert, durch unterschiedliche Schaltpegel realisiert sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die über die Parallelschaltung verknüpften Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren an zwei Nachfolgeschaltungen in Form von Schützen angeschlossen, die in Abhängigkeit der Schaltsignale der Sicherheitssensoren das Arbeitsgerät ein- oder ausschalten.
Dabei werden mit den Sicherheitsschaltausgängen der Sicherheitssensoren zwei Schütze mit zwei Schaltzuständen angesteuert. Ein daran angeschlossenes Arbeitsgerät ist eingeschaltet, wenn beide Schütze in einem ON-Zustand geschaltet sind. Das Arbeitsgerät ist ausgeschaltet, wenn wenigstens ein Schütz in einem OFF-Zustand ist.
Die eine funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren bewirkende Parallelschaltung ist dann vorteilhaft dadurch realisiert, dass jeweils ein Sicherheitsschaltausgang eines ersten Kanals A eines Sicherheitssensors ein erstes Schütz direkt mit einer Versorgungsspannung versorgt, dass die Sicherheitsschaltausgänge der zweiten Kanäle B der Sicherheitssensoren das zweite Schütz indirekt jeweils über den Sicherheitsschaltausgang des Kanals A des jeweils anderen Sicherheitssensors mit Versorgungsspannung versorgt, indem diese Pulsfolgen an die Sicherheitsschaltausgänge der Kanäle A dieser Sicherheitssensoren senden.
Die Pulsfolgen der Sicherheitsschaltausgänge der Kanäle B der Sicherheitssensoren schalten von dem Potenzial hochohmig, welches nicht ausreicht, um das angeschlossene Schütz in den ON-Zustand zu versetzen, nach Masse. Beim Abschaltvorgang führt das Nichterkennen dieser Pulsfolgen in den Sicherheitsschaltausgängen der Kanäle A zum Abschalten der Versorgungsspannung, das heißt zum Abschalten des Arbeitsgeräts.
Die funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgänge wird somit dadurch erreicht, dass die Funktionsweisen der Sicherheitsschaltausgänge nicht identisch sind. Nur die Kanäle A führen die Versorgungsspannung, dass heißt das Einschaltpotential für die Schütze im ON-Zustand. Während die Sicherheitsschaltausgänge der Kanäle A eine direkte Schützansteuerung vornehmen, erfolgt über die Pulsfolgen, die über die Sicherheitsschaltausgänge der Kanäle B ausgegeben werden, eine indirekte Ansteuerung der Sicherheitsschaltausgänge der Schütze.
Ein abgeschalteter Sicherheitssensor schaltet beide Sicherheitsschaltausgänge im OFF-Zustand nach Masse, womit der andere Sicherheitssensor aufgrund der fehlenden Pulsfolgen diese Abschaltung erkennt und ebenfalls beide Kanäle nach Masse schaltet.
Die im Funktionsbetrieb vorausgesetzten schnellen Pulsfolgen sind so ausgebildet, dass die Schaltzustände der Schütze aufgrund deren Trägheit durch diese Pulsfolgen unverändert bleiben.
Dies bedeutet, dass die gesendeten Pulsfolgen nur die Art der Verknüpfung der Sicherheitssensoren definieren, dabei aber keine direkte Auswirkung auf die Schaltzustände der Schütze haben.
Wesentlich ist weiterhin, dass die Pulsfolgen nur im eingeschalteten Zustand des Arbeitsgeräts gesendet werden, das heißt anhand der Pulsfolgen wird nur dieser eingeschaltete Zustand des Arbeitsgeräts überprüft. Wird zu einem Zeitpunkt ein nicht korrekter Empfang von Pulsfolgen, die vom Kanal B-Sicherheitsschaltausgang eines Sicherheitssensors an den Kanal A-Sicherheitsschaltausgang des jeweils anderen Sicherheitsschaltausgangs gesendet werden, registriert, wird das Arbeitsgerät sofort abgeschaltet und wechselt so in den sicheren Zustand. Die erfindungsgemäße Parallelschaltung bildet somit eine sichere Verknüpfung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren.
Zur weiteren Erhöhung der Fehlersicherheit sind in den Sicherheitssensoren Mittel zur Fehlererkennung vorgesehen. Zur Fehleraufdeckung der externen Parallelschaltung des Sicherheitssensors können die Pulsfolgen verwendet werden. Dabei wird diese Fehlererkennung vorzugsweise zyklisch während des gesamten Betriebs der Sicherheitsschaltausgänge durchgeführt. Weiterhin können in den einzelnen Sicherheitsschaltausgängen zusätzliche Pulsfolgen generiert werden, um interne Fehler der Sicherheitsschaltausgänge aufzudecken.
Die Pulserkennung ist bevorzugt in Hardware realisiert, beispielsweise in Form einer Totmannschaltung. Vorteilhaft erfolgt die Pulserkennung in einer Auswerteeinheit, in welcher auch die Signalauswertung der Sensorsignale zur Gefahrenbereichsüberwachung erfolgt. Beispielsweise kann zur Ausbildung der Auswerteeinheit, falls diese einkanalig ist, ein Controller oder ein digitaler Signalprozessor vorgesehen sein. Für den Einsatz des Sicherheitssensors im Bereich der Sicherheitstechnik weist die Auswerteeinheit bevorzugt einen redundanten Aufbau in Form zweier sich zyklisch überwachender derartiger Rechnereinheiten auf.
Die Funktion dieser Fehlerkennungen ist derart, dass sofort nach Aufdecken eines Fehlers aus Sicherheitsgründen das Arbeitsgerät abgeschaltet wird.
Die Kopplung von Sicherheitsschaltausgängen von parallel zu schaltenden Sicherheitssensoren kann durch eine sichere Betriebsartenauswahl oder durch einen sicheren Einlernvorgang vorgenommen werden. Für die Betriebsartenauswahl steht vorteilhaft am jeweiligen Sicherheitssensor ein Bedienelement, insbesondere in Form von Schaltern, zur Verfügung. Für die Durchführung des sicheren Einlernvorgangs steht bevorzugt im Sicherheitsschaltausgang eine geeignete Bediensoftware zur Verfügung.
Umgekehrt kann eine Rücksetzung der Kopplung zweier Sicherheitssensoren, das heißt eine Rückkehr in den Standardbetrieb der Sicherheitssensoren als isoliert arbeitende Einheiten erfolgen, und zwar insbesondere durch Auslösen eines Resets, beispielsweise durch das Kurzschließen der Sicherheitsschaltausgangs-Leitungen nach Masse bei einem Power-On, das heißt bei einem Einschalten der Sicherheitssensoren.
Besonders vorteilhaft ist auch ein selbsttätiges Einlernen einer Kopplung von Sicherheitssensoren nach einem ersten Power-On möglich. Dieses selbsttätige Einlernen wird durch eine Bedienperson überwacht, das heißt durch diese bewusst herbeigeführt. Die Bedienperson muss dabei dafür sorgen, dass zum Zeitpunkt des Power-On beide Sicherheitssensoren entsprechend der gewünschten Kopplung aneinander angeschlossen sind und zeitgleich mit einer Versorgungsspannung versorgt werden, beispielsweise über ein gemeinsames Netzteil. Dann läuft nach Einschalten der Sicherheitssensoren, das heißt nach Power-On, eine automatische Initialisierungsroutine ab. Für eine vorgegebene Zeit, zum Beispiel 5 sec, sucht ein Sicherheitssensor nach dem zu koppelnden zweiten Sicherheitssensor. Hierzu sendet der erste Sicherheitssensor über den Sicherheitsschaltausgang des Kanals B, über welchen während des späteren Betriebs der Sicherheitsschaltausgänge auch die Pulsfolgen gesendet werden, an den Sicherheitsschaltausgang des Kanals A des zweiten Sicherheitssensors eine bestimmte Pulsfolge, beispielsweise eine High Pulsfolge. Der Sicherheitsschaltausgang des Kanals A befindet sich allgemein auf einem Schaltpegel, auf welchen er die Pulsfolge empfangen kann, jedoch unterscheidet sich dieser von dem Schaltpegel des ON-Zustands. Wird die gesendete Pulsfolge erkannt, so wechselt der Schaltzustand des Sicherheitsschaltausgangs des Kanals A, sofern der mit dem Sicherheitssensor erfasste Überwachungsbereich frei ist, in den ON-Zustand. Insbesondere kann der Sicherheitsschaltausgang des Kanals A anfangs im hochohmigen Zustand sein und bei Erkennen einer High-Pulsfolge des Sicherheitsschaltausgangs von Kanal B in den dem ON-Zustand entsprechenden „High”-Schaltpegel wechseln. Die damit erfolgreich abgeschlossene Kopplung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren wird dem Bediener über ein Anzeigeelement, vorzugsweise die Statusanzeige eines Sicherheitsschaltausgangs, angezeigt.
Generell kann nach vorgenommener Konfigurierung der Kopplung zweier Sicherheitssensoren die jeweils erhaltene Konfiguration als Betriebszustand in einem vorzugsweise persistenten Speicher eines Sicherheitsschaltausgangs abgelegt werden. Vorzugsweise kann die Konfiguration auch in Speichern beider Sicherheitssensoren abgelegt werden. Generell steht damit die Konfiguration nach dem nächsten Power-On sofort wieder zur Verfügung.
Diese Konfiguration bleibt solange erhalten (auch nach Abschalten der Stromversorgung), bis das System, wie oben beschrieben, wieder in den Standard-Betrieb zurückgesetzt wird, in welchem die Sicherheitssensoren unabhängig arbeiten.
Die Sicherheitssensoranordnung umfasst im einfachsten Fall zwei miteinander verknüpfte Sicherheitssensoren. Die Sicherheitssensoranordnung kann jedoch generell auch auf mehr als zwei Sicherheitssensoren erweitert sein. Die Funktionsweise der Sicherheitssensoren ist dann dahingehend erweitert, dass die Sicherheitsschaltausgänge dieser Sicherheitssensoren vor Inbetriebnahme synchronisiert werden und während des Betriebs der Sicherheitssensoranordnungen dann in einem Multiplexbetrieb werden, das heißt die Pulsfolgen eines Sicherheitssensors werden gemultiplext, zeitlich nacheinander mehreren anderen Sicherheitssensoren zugeführt.
Vorausgesetzt hierbei wird, dass pro Schlitz immer nur einer der Sicherheitsschaltausgänge der angeschlossenen Sicherheitssensoren Einschaltpotential, dass heißt die Versorgungsspannung führt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sicherheitssensoranordnung mit zwei Sicherheitssensoren.
2: Detaillierte Darstellung der Funktionsweise der Sicherheitssensoranordnung gemäß 1 am Beispiel eines der Sicherheitssensoren.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitssensoranordnung 1. Bei dieser Sicherheitssensoranordnung 1 sind zwei Sicherheitssensoren miteinander verknüpft, die als Lichtvorhänge LV1, LV2 ausgebildet sind. Anstelle von Lichtvorhängen LV1, LV2 können als Sicherheitssensoren auch andere Sensoren, insbesondere optische Sensoren wie scannende Distanzsensoren, vorgesehen sein. Generell weisen diese Sicherheitssensoren Sensorelemente auf, mittels derer ein Überwachungsbereich überwacht werden kann. Im Falle eines Lichtvorhangs LV1, LV2 sind als Sensorkomponenten mehrere Paare von Lichtstrahlen emittierenden Sendern und Lichtstrahlen empfangenden Empfängern auf, die Strahlachsen des Lichtvorhangs bilden. Mit den Strahlachsen des Lichtvorhangs wird ein flächiger Überwachungsbereich abgedeckt. Damit wird überwacht, ob in dem Überwachungsbereich ein Objekt, insbesondere ein sicherheitskritisches Objekt wie eine Person, eindringt oder nicht. Die Empfangssignale der Empfänger werden in einer Auswerteeinheit des Lichtvorhangs LV1, LV2 ausgewertet. Zur Erfüllung des für den Einsatz des Lichtvorhangs LV1, LV2 im Bereich der Sicherheitstechnik erforderlichen Sicherheitsniveaus weist die Auswerteeinheit einen redundanten Aufbau auf, vorzugsweise in Form zweier sich zyklisch gegenseitig überwachenden Rechnereinheiten. Die Rechnereinheiten können als Controller, digitale Signalprozessoren oder dergleichen ausgebildet sein.
In der Auswerteeinheit jedes Sicherheitssensors wird in Abhängigkeit der Empfangssignale an den Ausgängen der Empfänger ein binäres Schaltsignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein sicherheitskritisches Objekt im Überwachungsbereich befindet oder nicht.
Dieses Schaltsignal eines Sicherheitssensors wird über zwei Sicherheitsschaltausgänge, im Folgenden OSSD genannt, ausgegeben. Wie aus 1 ersichtlich, weist jeder Sicherheitssensor eine zweikanalige Sicherheitsausgangsstruktur mit einem Kanal A-OSSD und einem Kanal B-OSSD auf.
Jeder Sicherheitsschaltausgang eines Sicherheitssensors weist Halbleiter-Schaltelemente, insbesondere Transistoren, zur Vorgabe von Schaltzuständen ON (entsprechend einem freien Überwachungsbereich) und OFF (entsprechend einem sicherheitskritischen Objekteingriff im Überwachungsbereich), auf. Dabei ist für jeden Sicherheitsschaltausgang ein Transistor erster Treiber ein als High-Side Schaltelement (High-Side Treiber) zur Vorgabe des Schaltpegels für den ON-Schaltzustand und als zweiter Treiber ein Low-Side Schaltelement (Low-Side Treiber) zur Vorgabe eines Schaltpegels für den OFF-Schaltzustand vorgesehen.
Jedem Sicherheitsschaltausgang ist weiterhin eine Rechnereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Signale für diesen Sicherheitsschaltausgang zugeordnet. Diese kann prinzipiell einkanalig sein, im vorliegenden Fall ist sie zweikanalig ausgebildet. Die Rechnereinheit kann von einer separaten Einheit wie einer Totmannschaltung gebildet sein. Im vorliegenden Fall ist die Rechnereinheit Bestandteil der zweikanaligen Auswerteeinheit.
Wie aus 1 ersichtlich, sind die beiden Sicherheitssensoren der Sicherheitsschaltausgänge durch eine Parallelschaltung verknüpft. Dabei sind der Kanal A-OSSD des ersten Sicherheitssensors LV1 über eine Leitung 2 und der Kanal B-OSSD des zweiten Sicherheitssensors LV2 über eine Leitung 3 an ein erstes Schütz S1 angeschlossen. Weiterhin sind der Kanal B-OSSD des LV1 über eine Leitung 4 und der Kanal A-OSSD des LV2 über eine Leitung 5 an ein zweites Schütz S2 angeschlossen.
Mit der so gebildeten Sicherheitsssensoranordnung kann ein Gefahrenbereich überwacht werden, der sich aus den Überwachungsbereichen der beiden Sicherheitssensoren zusammensetzt. Im vorliegenden Fall wird mit der Sicherheitssensoranordnung ein Gefahrenbereich an einem Arbeitsgerät überwacht, das durch Schalten der Schütze S1, S2 über die Sicherheitssensoren ein- und ausgeschaltet werden kann.
Die Parallelschaltung der Sicherheitssensoren in der Sicherheitssensoranordnung 1 gemäß 1 ist so ausgebildet, dass mit dieser eine funktionale Verundung erzielt wird, so dass das Arbeitsgerät nur dann eingeschaltet ist, wenn beide Schütze S1, S2 im ON-Zustand sind, was nur dann der Fall ist, wenn die Ausgangssignale der Sicherheitsschaltausgänge beider Sicherheitssensoren, die auf ein Schütz S1, S2 geführt sind, im ON-Zustand sind. Der Zustand, bei welchem beide Schütze S1, S2 im ON-Zustand sind und somit das Arbeitsgerät einschalten, beziehungsweise eingeschaltet halten, wird im Folgenden Grün-Zustand genannt. Jeder Zustand der Schütze S1, S2, die zu einem Ausschalten des Arbeitsgeräts führen, wird im Folgenden Rot-Zustand genannt.
Um das gewünschte Schaltverhalten der OSSD zu realisieren, erfolgt eine spezielle Ansteuerung dieser OSSD, die im Feld I der 1 für den Grün-Zustand dargestellt ist.
Die Funktionsweise der Sicherheitssensoranordnung 1 ist derart, dass die Kanal A-OSSD beider Sicherheitssensoren (LV1, LV2) die jeweiligen Schütze zum Einschalten direkt ansteuern. Hierzu wird mit dem High-Side-Schaltelement eines Kanal A-OSSD ein High-Schaltpegel entsprechend einer Versorgungsspannung Vcc generiert, die ausreicht um das jeweilige Schütz S1, S2 direkt einzuschalten. Diese High-Schaltpegel, die von den Kanal-OSSD der Sicherheitssensoren LV1, LV2 an die Schütze S1, S2 ausgegeben werden, sind im Feld I von 1 mit „High” bezeichnet. Die Kanal B-OSSD jedoch steuern die Schütze S1, S2 zum Einschalten nicht direkt an, obwohl auch diese direkt an die Schütze S1, S2 angeschlossen sind. Dies beruht darauf, dass die High-Side-Treiber die Kanal B-OSSD nicht gegen die Versorgungsspannung Vcc schalten, sondern nur hochohmig geschaltet werden (im Feld I der 1 mit „0” bezeichnet) und das Spannungsniveau des Zustands „hochohmig” nicht ausreicht das jeweilige Schütz S1, S2 direkt einzuschalten.
Der mit dem Kanal B-OSSD realisierte indirekte Einschaltprozess der Schütze erfolgt derart, dass wie in Feld I der 1 dargestellt, der Kanal B-OSSD eines Sicherheitssensors eine Pulsfolge an den Kanal A-OSSD des anderen Sicherheitssensors sendet. Dabei sind die Pulse der Pulsfolgen so kurz, dass sich dadurch die Schaltzustände der Schütze S1, S2 (bedingt durch deren Tragheit) nicht ändern.
Das Aussenden der Pulsfolgen erfolgt nur im Grün-Zustand. Nur wenn die Pulsfolgen, die vom Kanal B-OSSD eines Sicherheitssensors gesendet werden, vom Kanal A-OSSD des anderen Sicherheitssensors empfangen und erkannt werden, bleiben diese im ON-Zustand, das heißt auf dem High-Schaltpegel. Werden die Pulsfolgen nicht erkannt, wechseln die Kanal A-OSSD in den Low-Zustand, so dass das Arbeitsgerät ausgeschaltet wird.
Damit wird eine indirekte Ansteuerung der Schütze zu deren Einschaltung durch die Kanal B-OSSD erhalten. Der Grün-Zustand wird dann, wie in 1 dargestellt nur dann erhalten, wenn an den Ausgängen der Kanal A-OSSD die High-Schaltpegel (die den ON-Zustand dieser Sicherheitsschaltausgang definieren) anliegen, und gleichzeitig an den Kanal B-OSSD die hochohmigen (O-) Schaltpegel auf die Schütze ausgegeben werden und zudem die von den Kanal B-OSSD eines Sicherheitssensors gesendeten Pulsfolge vom Kanal A-OSSD des anderen Sicherheitssensors erkannt wird.
Das Ausschalten der Schütze erfolgt dagegen direkt über die Kanal B-OSSD dadurch, dass die Kanal B-OSSD keine Pulsfolgen mehr aussenden. Zudem schalten die Kanal B-OSSD nach Masse auf den dem OFF-Zustand entsprechenden Low-Schaltpegel. Da die Kanal A-OSSD keine Pulsfolgen mehr erkennen, wird in diesen der High-Side-Treiber, das heißt der entsprechende Transistor geöffnet und von der Spannung getrennt, wobei zusätzlich der Low Side Treiber nach Masse schaltet, so dass auch an den Kanal A-OSSD der dem OFF-Zustand entsprechende Low-Schaltpegel anliegt. Dadurch werden die Schütze S1, S2 ausgeschaltet und damit auch das Arbeitsgerät. Die Reaktionszeit bei diesem Schaltvorgang in den Rot-Zustand entspricht dabei der Reaktionszeit eines einzelnen Sicherheitssensors, da der Kanal B-OSSD eines Sicherheitssensors den High-Schaltpegel des Kanal A-OSSD des anderen Sicherheitssensors gegen Masse ziehen, bis die jeweilige Pulsfolgenerkennung abgeschlossen ist.
2 zeigt schematisch die einzelnen Signalfolgen und Signalzustände für den LV1 als ersten Sicherheitssensor der Sicherheitssensoranordnung 1 gemäß 1. Dabei ist wieder mit I das Feld mit den Signalen im Grünzustand dargestellt, während das mit II bezeichnete Feld die Signale für den Rot-Zustand bezeichnet.
Im Grün-Zustand wird vom Kanal A-OSSD der High-Schaltpegel auf das Schütz S1 ausgegeben. Vom Kanal B-OSSD des Sicherheitssensors LV1 wird an das Schütz S2 der hochohmige (O-) Schaltpegel ausgegeben. Gleichzeitig werden über den Kanal B-OSSD vom Lichtvorhang LV1 Pulsfolgen auf den Kanal A-OSSD des Lichtvorhangs LV2 ausgegeben, die dort erkannt werden müssen, damit der Schaltpegel des Kanal A-OSSD des Lichtvorhangs LV2 auf High bleibt. Dasselbe gilt für den Kanal A-OSSD des Lichtvorhangs LV1 der die Pulsfolgen des Kanal B-OSSD des Lichtvorhangs LV2 erkennen muss.
In Feld II von 2 sind die Signalfolgen für den Rot-Zustand dargestellt. Ein Wechsel in diesen Rot-Zustand erfolgt bei Ausbleiben der Pulsfolgen der Kanal B-OSSD beider Sicherheitssensoren der Lichtvorhänge LV1, LV2 und Umschalten deren Schaltpegel auf Low. Durch das Ausbleiben der Pulsfolgen wechseln auch die Schaltpegel der Kanal A-OSSD auf Low.
Durch diese Art der Ansteuerung der Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoranordnungen 1 gemäß 1, wird für die Parallelschaltung der Sicherheitsschaltausgang eine funktionale Verundung erhalten. Diese ist in der nachfolgenden Tabelle 1 am Beispiel der Kanal A-OSSD beider Sicherheitssensoren der Lichtvorhänge LV1, LV2 und das Schütz S1 dargestellt. Tabelle 1:

OSSD-Status Kanal A-LV1 OSSD-Status Kanal A-LV2 Status Schütz S1

ON ON ON

ON OFF OFF

OFF ON OFF

OFF OFF OFF
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, befindet sich das Schütz S1 nur dann im ON-Zustand, wenn sich auch die Kanal A-OSSD von Lichtvorhang LV1 und Lichtvorhang LV2 im ON-Zustand befinden. Entsprechendes gilt für das Schütz S2.
Bezugszeichenliste

1: Sicherheitssensoranordnung
2: Leitung
3: Leitung
4: Leitung
5: Leitung

Claims

Sicherheitssensoranordnung mit wenigstens zwei Sicherheitssensoren, wobei jeder Sicherheitssensor zwei Sicherheitsschaltausgänge aufweist, über welche ein im jeweiligen Sicherheitssensor generiertes Schaltsignal ausgebbar ist, wobei die Schaltzustände des Schaltsignals über Halbleiter-Schaltelemente im Sicherheitsschaltausgang vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren über eine Parallelschaltung derart verknüpft sind, dass eine funktionale Verundung der Sicherheitsschaltausgänge erhalten wird.
Sicherheitssensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Sicherheitsschaltausgängen der Sicherheitssensoren zwei Schütze mit zwei Schaltzuständen angesteuert werden, wobei zur Vorgabe eines ON-Zustands als erstem Schaltzustand eines Sicherheitsschaltausgangs ein High-Side Treiber und zur Vorgabe eines OFF-Zustands als zweitem Schaltzustand eines Sicherheitsschaltausgangs der High-Side Treiber geöffnet wird und/oder ein Low-Side Treiber vorgesehen ist, wobei ein an die Schütze angeschlossenes Arbeitsgerät eingeschaltet ist, wenn beide Schütze in einem ON-Zustand geschaltet sind, und das Arbeitsgerät ausgeschaltet ist, wenn wenigstens ein Schlitz in einem OFF-Zustand ist, wobei beide Schütze nur dann im ON-Zustand sind, wenn alle Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitssensoren im ON-Zustand sind.
Sicherheitssensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsschaltausgang eines ersten Kanals A im ON-Zustand durch den jeweiligen High-Side Treiber ein Schütz (S1, S2) mit einer Versorgungsspannung versorgt, die ausreicht, das Schütz (S1, S2) direkt einzuschalten, dass ein Sicherheitsschaltausgang eines zweiten Kanals B durch den jeweiligen High-Side Treiber im ON-Zustand hochohmig geschaltet ist, wobei das Spannungsniveau des Zustands hochohmig nicht ausreicht ein zweites Schütz (S2, S1) direkt einzuschalten, und dass jeder Sicherheitsschaltausgang eines Sicherheitssensors des zweiten Kanals B Pulsfolgen an den Sicherheitsschaltausgang des Kanals A des anderen Sicherheitssensors sendet, und dass die Schütze (S1, S2) nur dann im ON-Zustand sind, wenn die Pulsfolgen in den Sicherheitsschaltausgang der Kanäle A empfangen und erkannt werden.
Sicherheitssensoranordnung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausschalten der Schütze (S1, S2) die Sicherheitsschaltausgänge der Kanäle B keine Pulsfolgen mehr aussenden und nach Masse als dessen dem OFF-Zustand entsprechenden Schaltpegel schalten, und dass bei Nichterkennen der Pulsfolgen in den Sicherheitsschaltausgängen der Kanäle A diese in den OFF-Zustand wechseln, in dem der jeweilige High-Side Treiber geöffnet und der jeweilige Low-Side Treiber den jeweiligen Sicherheitsschaltausgang des Kanals A auf Masse schaltet.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzustände der Schütze aufgrund deren Trägheit durch die Pulsfolgen unverändert bleiben.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfolgen nur ausgesendet werden, wenn die Schütze im ON-Zustand sind.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Sicherheitssensoren als parallel geschaltete Einheit durch einen sicheren Umschaltvorgang vorgebbar ist.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Sicherheitssensoren als parallel geschaltete Einheit durch eine sichere Betriebsartenauswahl vorgebbar ist.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Sicherheitssensoren als separate Einheiten durch einen sicheren Umschaltvorgang vorgebbar ist.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Sicherheitssensoren als separate Einheiten durch eine sichere Betriebsartenauswahl vorgebbar ist.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration der Parallelschaltung zweier Sicherheitssensoren mittels einer automatischen Parametrierung initialisierbar ist.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationen in persitenten Speichern der Sicherheitssensoren ablegbar sind.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationen in flüchtigen Speichern der Sicherheitssensoren ablegbar sind.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Sicherheitssensoren Mittel zur Fehlererkennung in den Sicherheitsschaltausgängen vorgesehen sind.
Sicherheitssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Sicherheitssensoren parallel geschaltet sind.
Sicherheitssensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschaltausgänge der Sicherheitsschaltung synchronisiert sind und in einem Multiplexbetrieb betrieben werden.