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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitssteuereinheit, die ausgebildet ist, den Zustand wenigstens einer Komponente der Sicherheitssteuereinheit auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen, aufweisend eine Ausgangsschnittstelle, die mindestens einen digitalen Ausgangskanal aufweist, wobei der mindestens eine Ausgangskanal zwei zum Schalten eines von der Sicherheitssteuereinheit externen elektrischen Geräts ausgebildete elektrische Anschlüsse aufweist, und wobei der mindestens eine Ausgangskanal in Abhängigkeit des Sicherheitssignals entweder einen potentialfreien geschlossenen Schaltzustand oder einen potentialfreien offenen Schaltzustand aufweist.
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Aus der
DE 10 2015 001 094 A1 ist eine Servomotorsteuervorrichtung bekannt, die einen Inverter zum Antreiben eines Servomotors durch Wandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom und Einspeisen des gewandelten Wechselstroms in den Servomotor aufweist, einen Stromquellenabschaltkreis zum Unterbrechen der Einspeisung von Gleichstrom in den Inverter aufweist, eine Servomotorsteuerschaltung zum Steuern des Inverters derart, dass der Wechselstrom in den Servomotor eingespeist wird wenn ein Sicherheitssignal empfangen wird, und zum Steuern des Inverters derart, dass der Wechselstrom nicht in den Servomotor eingespeist wird, wenn kein Sicherheitssignal empfangen wird aufweist, und eine Servomotorüberwachungsschaltung aufweist zum Stoppen des Servomotors durch Unterbrechung der Übertragung des Sicherheitssignals zur Servomotorsteuerschaltung wenn bestimmt wird, den Servomotor zu stoppen, und zum Stoppen des Servomotors durch Unterbrechung der Einspeisung von Gleichstrom in den Inverter mittels des Stromquellenabschaltkreises und Stoppen der Übertragung des Sicherheitssignals zur Servomotorsteuerschaltung wenn festgestellt wird, dass der Stromquellenabschaltkreis und/oder die Servomotorsteuerschaltung nicht normal funktionieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitssteuereinheit zu schaffen, insbesondere eine Sicherheitssteuereinheit als einen Teil einer Roboter-Steuerung zu schaffen, d.h. insbesondere eine Robotersicherheitssteuereinheit zu schaffen, in welcher der Schaltzustand wenigstens eines Halbleiterschaltkontaktes der Sicherheitssteuereinheit in seiner Funktion überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sicherheitssteuereinheit, die ausgebildet ist, den Zustand wenigstens einer Komponente der Sicherheitssteuereinheit auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen, aufweisend eine Ausgangsschnittstelle, die mindestens einen digitalen Ausgangskanal aufweist, wobei der mindestens eine Ausgangskanal zwei zum Schalten eines von der Sicherheitssteuereinheit externen elektrischen Geräts ausgebildete elektrische Anschlüsse aufweist, und wobei der mindestens eine Ausgangskanal in Abhängigkeit des Sicherheitssignals entweder einen potentialfreien geschlossenen Schaltzustand oder einen potentialfreien offenen Schaltzustand aufweist, wobei die Ausgangsschnittstelle
- - einen den Schaltzustand des mindestens einen Ausgangskanals mitbestimmenden Halbleiterschaltkontakt aufweist, der durch das Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an eine erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu einem ersten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und andererseits an eine zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu einem zweiten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt,
- - eine Spannungsquelle aufweist, die an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, und
- - einen Koppler aufweist, der an die zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abzugreifen, wenn der Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes Diagnosesignal zu erzeugen.
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Ganz allgemein kann eine Roboter-Steuerung insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass sie ausgebildet ist, die Motoren, welche die Gelenke eines Roboterarms automatisch gemäß einem Roboterprogramm oder in einem Handfahrbetrieb durch manuelle Eingaben oder durch Handführen verstellen, elektrisch anzusteuern. Darüber hinaus kann eine Roboter-Steuerung redundante Sicherheitskomponenten aufweisen. Die Sicherheitskomponenten können auch diversitär ausgebildet sein, d.h. die redundanten Sicherheitskomponenten können zumindest doppelt vorhandene Bauteile oder Baugruppen aufweisen die in unterschiedlicher Bauart ausgebildet sind und/oder auf unterschiedliche Weise programmiert sind. Insoweit kann eine Roboter-Steuerung typischerweise mindestens zwei getrennte Steuerungskanäle aufweisen. Eine Roboter-Steuerung kann beispielsweise eine Überwachungseinrichtung für die elektrische Energieversorgung der Roboter-Steuerung aufweisen. Zur Bildung von sicheren Eingängen und/oder sicheren Ausgängen, können die Eingänge und/oder die Ausgänge auch mindestens zweikanalig ausgeführt sein und sie können auf ihre Funktion hin überwacht sein. Typischerweise umfasst eine Roboter-Steuerung auch eine Einrichtung zum Einleiten eines sicheren Zustands des Roboters. Ein sicherer Zustand kann beispielsweise ein Anhalten einer Bewegung des Roboterarms sein. Ein solches Anhalten kann dadurch erfolgen, dass die Motoren durch die Roboter-Steuerung gestoppt werden, den Motoren und/der den Gelenken des Roboterarms zugeordneten Bremsen geschlossen werden und/oder ein Nothalt durchgeführt wird. Das Einleiten eines sicheren Zustands des Roboters kann durch ein oder mehrere Sicherheitssignale ausgelöst werden, die von der Roboter-Steuerung, insbesondere von der Sicherheitssteuereinheit erzeugt werden. Die Sicherheitssteuereinheit kann eine Steuerungskomponente der Roboter-Sicherheitssteuerung sein, welche die Funktionsfähigkeit einer oder mehrerer Steuerungskomponenten der Roboter-Steuerung überwacht und in einem Fehlerfall ein den nicht mehr sicheren Zustand der Roboter-Steuerung kennzeichnendes Signal erzeugt.
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Die Sicherheitssteuereinheit kann also ein Teil der Roboter-Steuerung sein oder eine zur Robotersteuerung separate Steuereinheit sein. In beiden Fällen können die wenigstens zwei Ausgänge Teil einer Ausgangsschnittstelle sein. Die wenigstens zwei Ausgänge können dabei jeweils einen in sicherer Technik ausgebildeten Schalter bilden. Mit einem solchen Schalter können externe Geräte, welche beispielsweise die Roboter-Steuerung ergänzende Funktionalitäten aufweisen, angesteuert werden.
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So kann ein über die Ausgangsschnittstelle der Roboter-Sicherheitssteuerung, insbesondere über die wenigstens zwei Ausgänge der Ausgangsschnittstelle der Roboter-Sicherheitssteuerung, angesteuertes Gerät beispielsweise eine andere bzw. weitere Sicherheitssteuerung sein, die wenigstens einen sicheren Aktor und/oder Sensor aufweist, und/oder beispielsweise ein von dem Roboterarm getragenes Werkzeug, wie beispielsweise eine Schweißzange, ein Laserwerkzeug, eine Klebepistole oder ähnliches sein. Die wenigstens zwei Ausgänge können einen redundanten, sicheren Schalter bilden, der eine elektrische Funktion des jeweilig an die Ausgangsschnittstelle der Roboter-Steuerung angeschlossenen Geräts wahlweise einschalten und/oder ausschalten kann. Da die wenigstens zwei Ausgänge lediglich einen Schalter bilden sollen, sollten die Ausgänge insbesondere potentialfrei sein bzw. potentialfrei schalten können, um die elektrische Funktion des externen, an die Ausgangsschnittstelle angeschlossenen Gerätes nicht zu stören. Das externe elektrische Gerät ist also ein von der Roboter-Steuerung separat arbeitendes Gerät, das lediglich von den Ausgängen der Roboter-Steuerung schaltend angesteuert wird, seine jeweilige Hauptfunktion jedoch eigenständig ausführt.
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Ein Ausgang der Ausgangsschnittstelle kann demgemäß zwei voneinander getrennte elektrische Leitungspfade aufweisen, die insoweit als Ausgangskanäle bezeichnet werden können bzw. die zwei getrennte Ausgangskanäle bilden. Jeder einzelne Ausgangskanal kann einen von zwei Schaltern des Ausgangs bilden. Jeder Ausgangskanal kann dabei zur Erfüllung eines Schalters in sicherer Technik, mindestens zwei elektrische oder elektronische Schaltkontakte aufweisen, die in Reihe geschaltet sind. Durch eine Reihenschaltung ist im Falle von funktionstüchtigen elektrischen oder elektronischen Schaltkontakten sichergestellt, dass ein geschlossener Schaltzustand des jeweiligen Ausgangskanals nur dann dargestellt wird, wenn alle in Reihe geschalteten elektrischen oder elektronischen Schaltkontakte, insbesondere beide von zwei elektrischen oder elektronischen Schaltkontakten geschlossen sind. Insoweit wird der Schaltzustand jedes Ausgangskanals durch jeweils jeden einzelnen elektrischen oder elektronischen Schaltkontakt mitbestimmt.
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Der jeweilige Schaltzustand jeden einzelnen elektrischen oder elektronischen Schaltkontakts wird durch ein jeweiliges Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit vorgegeben. Jeder einzelne elektrische oder elektronische Schaltkontakt kann durch ein eigenes Sicherheitssignal, insbesondere ein von den jeweils anderen Sicherheitssignalen unabhängiges Sicherheitssignal angesteuert sein. Jeder Schaltkontakt und/oder jeder wenigstens eine Halbleiterschaltkontakt kann auch als Schalter bzw. Halbleiterschalter bezeichnet werden.
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Wenigstens einer von wenigstens zwei Schaltkontakten der Ausgangsschnittstelle ist als ein elektronischer Schaltkontakt in Bauart eines Halbleiterschaltkontaktes ausgebildet. Dieser wenigstens eine Halbleiterschaltkontakt ist in seiner Funktionsfähigkeit überwacht und zwar durch eine Spannungsquelle, die an eine erste Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist, und durch einen Koppler, der an eine zweite Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des ersten Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung des ersten Ausgangskanals abzugreifen, wenn der Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung des ersten Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes erstes Diagnosesignal zu erzeugen. Das Diagnosesignal kennzeichnet den tatsächlichen momentanen Schaltzustand des Halbleiterschaltkontaktes unabhängig des Zustands seiner Ansteuerung, welche in einem funktionstüchtigen Zustand des Halbleiterschaltkontaktes dessen Schaltzustand vorgibt. Übermittelt das Diagnosesignal einen abweichenden Schaltzustand für den Halbleiterschaltkontakt, als es der angesteuerte Zustand für den Halbleiterschaltkontakt vorsieht, so wird auf einen Fehler im Halbleiterschaltkontakt geschlossen.
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Die Ausgangsschnittstelle kann demgemäß einen den Schaltzustand des mindestens einen Ausgangskanals mitbestimmenden ersten Halbleiterschaltkontakt aufweisen, der durch das Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und andererseits an die zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem zweiten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt,
- - eine Spannungsquelle aufweisen, die an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, und
- - einen ersten Koppler aufweisen, der an die zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abzugreifen, wenn der erste Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des ersten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes erstes Diagnosesignal zu erzeugen, wobei die Ausgangsschnittstelle außerdem ein den Schaltzustand des mindestens einen Ausgangskanals mitbestimmendes, zu dem ersten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltetes mechanisches Relais aufweist, das durch das Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und das einerseits an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem zweiten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und andererseits an eine dritte Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und
- - einen zweiten Koppler aufweist, der an die dritte Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angelegte Spannung von der dritten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abzugreifen, wenn das mechanische Relais in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des mechanischen Relais kennzeichnendes zweites Diagnosesignal zu erzeugen.
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Der erste Ausgangskanal kann ein zu dem Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltetes mechanisches Relais aufweisen, wobei ein Lastschalter des Relais einen ersten Lastschaltkontakt aufweist, der an die erste Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem Halbleiterschaltkontakt des ersten Ausgangskanals führt, einen zweiten Lastschaltkontakt aufweist, der an eine dritte Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des ersten Ausgangskanals führt und wobei ein Überwachungsschalter des Relais an die Sicherheitseinheit angeschlossen ist, zum Übermitteln eines den Schaltzustand des Relais kennzeichnenden zweiten Diagnosesignals an die Sicherheitseinheit.
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Indem der erste Ausgangskanal ein zu dem Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltetes mechanisches Relais aufweist, wird ein sowohl redundanter, als auch diversitärer Aufbau des in sicherer Technik ausgebildeten ersten Ausgangskanals geschaffen. In einer solchen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle und der Koppler ausschließlich für den Halbleiterschaltkontakt genutzt wird und an dem mechanischen Relais ein Kontakt eines Überwachungskreises zur Bereitstellung eines zugehörigen Diagnosesignals genutzt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass für eine Bereitstellung eines Diagnosesignals des Halbleiterschaltkontakts die Spannungsquelle und ein erster Koppler genutzt wird und für eine Bereitstellung eines Diagnosesignals des mechanischen Relais auch diese Spannungsquelle und ein zweiter Koppler, d.h. ein vom ersten Koppler verschiedener Koppler genutzt wird. In einer solchen alternativen Ausführungsform kann das mechanische Relais demgemäß elektronisch überwacht werden, ohne beispielsweise einen mechanisch zwangsgeführten Kontakt eines Überwachungskreises des Relais nutzen zu müssen. Der Kontakt des Relais kann aber auch zur Bildung einer redundanten und diversitären Überwachung ergänzend zu einer elektronischen Überwachung mittels Spannungsquelle und zweitem Koppler als ein ergänzendes Überwachungsmittel verwendet werden.
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Alternativ zu einem Relais in demselben Ausgangskanal oder in einem anderen, insbesondere zweiten Ausgangskanal kann die Ausgangsschnittstelle
- - einen den Schaltzustand des mindestens einen Ausgangskanals mitbestimmenden ersten Halbleiterschaltkontakt aufweisen, der durch das Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und andererseits an die zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem zweiten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt,
- - eine Spannungsquelle aufweisen, die an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, und
- - einen ersten Koppler aufweisen, der an die zweite Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abzugreifen, wenn der erste Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des ersten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes erstes Diagnosesignal zu erzeugen, wobei die Ausgangsschnittstelle außerdem einen den Schaltzustand des mindestens einen Ausgangskanals mitbestimmenden zweiten Halbleiterschaltkontakt aufweist, der mit dem ersten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltet ist und der durch ein zweites Sicherheitssignal der Sicherheitseinheit angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Halbleiterschaltkontakt führt, und andererseits an eine dritte Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des mindestens einen Ausgangskanals führt, und
- - einen zweiten Koppler aufweist, der an die dritte Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals angelegte Spannung von der dritten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abzugreifen, wenn der zweite Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung des mindestens einen Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des zweiten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes zweites Diagnosesignal zu erzeugen.
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Die Ausgangsschnittstelle kann demgemäß einen den Schaltzustand des ersten Ausgangskanals mitbestimmenden zweiten Halbleiterschaltkontakt aufweisen, der mit dem ersten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltet ist und der durch ein zweites Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu einem ersten Halbleiterschaltkontakt führt, und andererseits an eine dritte Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des ersten Ausgangskanals führt, wobei die Ausgangsschnittstelle einen zweiten Koppler aufweist, der an die dritte Leitung des ersten Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle an der ersten Leitung des ersten Ausgangskanals angelegte Spannung von der dritten Leitung des ersten Ausgangskanals abzugreifen, wenn der zweite Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung des ersten Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des zweiten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes zweites Diagnosesignal zu erzeugen.
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In einer solchen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erste Spannungsquelle und ein erster Koppler ausschließlich für den ersten Halbleiterschaltkontakt genutzt wird und die erste Spannungsquelle und ein zweiter Koppler ausschließlich für den zweiten Halbleiterschaltkontakt genutzt wird.
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Die Ausgangsschnittstelle kann alternativ oder ergänzend
- - einen den Schaltzustand des zweiten Ausgangskanals mitbestimmenden dritten Halbleiterschaltkontakt aufweisen, der durch ein drittes Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an eine erste Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu einem ersten Anschluss des zweiten Ausgangskanals führt, und andererseits an eine zweite Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu einem zweiten Anschluss des zweiten Ausgangskanals führt, wobei die Ausgangsschnittstelle
- - eine zweite Spannungsquelle aufweist, die an die erste Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, und
- - einen dritten Koppler aufweist, der an die zweite Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der zweiten Spannungsquelle an der ersten Leitung des zweiten Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung des zweiten Ausgangskanals abzugreifen, wenn der dritte Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung des zweiten Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des dritten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes drittes Diagnosesignal zu erzeugen.
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Der zweite Ausgangskanal kann analog dem ersten Ausgangskanal ausgebildet sein. Verschiedene der beschriebenen Varianten des ersten Ausgangskanals können wahlweise mit verschiedenen Varianten für den zweiten Ausgangskanal variiert und demgemäß kombiniert sein. Entsprechende Varianten ergeben sich aus den Patentansprüchen, auf die zum Zwecke der Offenbarung in der vorliegenden Beschreibung hier in Bezug genommen werden. Der zweite Ausgangskanal kann demgemäß beispielsweise ein zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltetes mechanisches Relais aufweisen, wobei ein Lastschalter des Relais einen ersten Lastschaltkontakt aufweist, der an die erste Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt des zweiten Ausgangskanals führt, einen zweiten Lastschaltkontakt aufweist, der an eine dritte Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des zweiten Ausgangskanals führt und wobei ein Überwachungsschalter des Relais angeschlossen ist, zum Erzeugen eines den Schaltzustand des Relais kennzeichnenden viertes Diagnosesignals.
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Indem der zweite Kanal ein zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltetes mechanisches Relais aufweist, wird ein sowohl redundanter, als auch diversitärer Aufbau des in sicherer Technik ausgebildeten zweiten Ausgangskanals geschaffen. In einer solchen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Spannungsquelle und der dritte Koppler ausschließlich für den dritten Halbleiterschaltkontakt genutzt wird und an dem mechanischen Relais Kontakt eines Überwachungskreises zur Bereitstellung eines zugehörigen Diagnosesignals genutzt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass für eine Bereitstellung eines Diagnosesignals des dritten Halbleiterschaltkontakts die zweite Spannungsquelle und ein dritter Koppler genutzt wird und für eine Bereitstellung eines Diagnosesignals des mechanischen Relais auch diese zweite Spannungsquelle und ein vierter Koppler, d.h. ein vom dritten Koppler verschiedener Koppler genutzt wird. In einer solchen alternativen Ausführungsform kann das mechanische Relais demgemäß elektronisch überwacht werden, ohne beispielsweise einen mechanisch zwangsgeführten Kontakt eines Überwachungskreises des Relais nutzen zu müssen. Der Kontakt des Relais kann aber auch zur Bildung einer redundanten und diversitären Überwachung ergänzend zu einer elektronischen Überwachung mittels zweiter Spannungsquelle und viertem Koppler als ein ergänzendes Überwachungsmittel verwendet werden.
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Die Ausgangsschnittstelle kann demgemäß einen den Schaltzustand des zweiten Kanals mitbestimmenden vierten Halbleiterschaltkontakt aufweisen, der mit dem dritten Halbleiterschaltkontakt in Reihe geschaltet ist und der durch ein viertes Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt führt, und andererseits an eine dritte Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss des zweiten Ausgangskanals führt, wobei die Ausgangsschnittstelle
- - einen vierten Koppler aufweist, der an die dritte Leitung des zweiten Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der zweiten Spannungsquelle an der ersten Leitung des zweiten Ausgangskanals angelegte Spannung von der dritten Leitung des zweiten Ausgangskanals abzugreifen, wenn der vierte Halbleiterschaltkontakt in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung des zweiten Ausgangskanals abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des vierten Halbleiterschaltkontaktes kennzeichnendes viertes Diagnosesignal zu erzeugen.
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In einer solchen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die zweite Spannungsquelle und ein dritter Koppler ausschließlich für den dritten Halbleiterschaltkontakt genutzt wird und die zweite Spannungsquelle und ein vierter Koppler ausschließlich für den vierten Halbleiterschaltkontakt genutzt wird.
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Die Sicherheitssteuereinheit kann in allen Ausführungsvarianten ausgebildet sein, das Diagnosesignal, insbesondere das erste Diagnosesignal, das zweite Diagnosesignal, das dritte Diagnosesignal und/oder das vierte Diagnosesignal innerhalb der Sicherheitssteuereinheit auszuwerten und in Abhängigkeit eines Auswertungsergebnisses ein die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Halbleiterschaltkontaktes und/oder des jeweiligen Relais kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Sicherheitssteuereinheit ausgebildet sein, das Diagnosesignal, insbesondere das erste Diagnosesignal, das zweite Diagnosesignal, das dritte Diagnosesignal und/oder das vierte Diagnosesignal zu einer weiteren Verarbeitung aus der Sicherheitssteuereinheit herauszuleiten und einer von der Sicherheitssteuereinheit getrennten externen Auswertung zuzuführen.
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Wenigstens einer der Koppler aus der Gruppe von erstem Koppler, zweitem Koppler, drittem Koppler und viertem Koppler kann als ein Opto-Koppler ausgebildet sein. Der jeweilige Opto-Koppler ist ausgebildet, ein Signal zu übertragen zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkreisen, wobei der Opto-Koppler wenigstens einen Lichtsender, wie beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode aufweisen kann, und wenigstens einen Lichtempfänger, wie beispielsweise eine Fotodiode oder einen Fototransistor aufweisen kann.
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Wenigstens einer der Koppler aus der Gruppe von erstem Koppler, zweitem Koppler, drittem Koppler und viertem Koppler kann als ein induktiver Koppler ausgebildet sein. Der jeweilige induktive Koppler kann beispielsweise ein Transformator sein.
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Wenigstens einer der Koppler aus der Gruppe von erstem Koppler, zweitem Koppler, drittem Koppler und viertem Koppler kann als ein Magnet-Koppler ausgebildet sein. Der jeweilige Magnet-Koppler kann beispielsweise eine Spule und einen Reed-Schalter aufweisen.
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Wenigstens einer der Koppler aus der Gruppe von erstem Koppler, zweitem Koppler, drittem Koppler und viertem Koppler kann als ein kapazitiver Koppler ausgebildet sein.
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Die Spannungsquelle, insbesondere die erste Spannungsquelle und/oder der zweite Spannungsquelle, kann eine galvanisch von einem Hochspannungskreis von Umrichtern der Antriebe des Roboters getrennte Spannungsquelle sein.
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Die Spannungsquelle, insbesondere die erste Spannungsquelle und/oder die zweite Spannungsquelle, kann als eine vom ersten Kanal der Ausgangsschnittstelle und vom zweiten Kanal der Ausgangsschnittstelle isolierte Spannungsversorgung, insbesondere als DC/DC-Wandler ausgebildet sein.
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Die Spannungsquelle, insbesondere die erste Spannungsquelle und/oder die zweite Spannungsquelle, kann jeweils ein isolierter DC/DC-Wandler sein, der beispielsweise integriert von verschiedenen Herstellern verfügbar ist. Die Spannungsquelle, insbesondere die erste Spannungsquelle und/oder die zweite Spannungsquelle, können aber auch jeweils diskret aufgebaut sein. Somit kann eine von allen anderen Spannungen unabhängige (potentialfreie) Spannung erzeugt werden, die zwischen den beiden Halbleiterschaltkontakten oder zwischen einem Halbleiterschaltkontakt und einem mechanischen Relais eingespeist wird.
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Wenigstens einer der Halbleiterschaltkontakte aus der Gruppe von erstem Halbleiterschaltkontakt, zweitem Halbleiterschaltkontakt, drittem Halbleiterschaltkontakt und viertem Halbleiterschaltkontakt kann als wenigstens ein Feldeffekttransistor (FET) oder Bipolartransistor (BJT) ausgebildet sein.
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Es können beispielsweise Halbleiterschaltkontakte mit antiseriell geschaltenen FETs als Lastkontakt verwendet werden. Die Halbleiterschaltkontakte können über einen Vorwiderstand direkt beispielsweise von einem Mikrocontrollerpin einer als Mikrocontroller ausgebildeten Sicherheitseinheit angesteuert werden. Die Schaltstruktur kann demgemäß von einer sicherheitsgerichteten Mikrocontrollerstruktur angesteuert werden. Über Rücklesepins (15.1 und 15.2 in 2) kann der Schaltzustand der Halbleiterschaltkontakte festgestellt werden. Um einen „schlafenden Fehler“ (FET wurde bspw. beim Einschalten zerstört und ist dauerhaft leitend, d.h. „durchlegiert“) zu erkennen, sollten die Halbleiterschaltkontakte zyklisch kurz abgeschaltet und der Zustandswechsel an den Rücklesepins überprüft werden. Sobald an den Rücklesepins geprüft wurde, ob der Aus-Zustand erreicht wurde, können die Halbleiterschaltkontakte wieder eingeschaltet werden. Somit entstehen Testpulse, die in regelmäßigen Abständen wiederholt werden sollten.
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Mit der Erfindung wird eine Lösung für potentialfreie sichere Ausgänge mit Halbleiterrelais aufgezeigt. Bei dieser Lösung können bei der Prüfung der Halbleiterrelais unter Umständen unerwünschte Testimpulse auf einem solchen Nutzpfad entstehen. Um diese Testimpulse kurz zu halten, sollten deshalb sehr schnell schaltende Halbleiterrelais zur Anwendung kommen, was jedoch den Nachteil hat, dass teure Halbleiterrelais eingesetzt werden müssen. Als Nutzpfad wird insbesondere ein Ausgangskanal der Steuervorrichtung oder der Steuereinheit verstanden, der zum elektrischen und/oder elektronischen Schalten und/oder Ansteuern eines von der Steuervorrichtung oder der Steuereinheit externen Gerätes, insbesondere in sicherer Technik ausgebildet ist.
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Aufbauend wird deshalb im Folgenden eine Lösung vorgeschlagen, bei welcher keine Testimpulse auf dem Nutzpfad auftreten, damit angeschlossene Aktoren bzw. Sensoren nicht beeinflusst werden. Um eine kostengünstige Lösung zu erreichen, soll es möglich sein, langsam schaltende Standard-Halbleiterrelais einzusetzen.
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Um die Testimpulse im Nutzpfad zu vermeiden, kann demgemäß in beiden Kanälen ein zweiter Nutzpfad zum ersten Nutzpfad parallel geschaltet werden. Werden im ersten Nutzpfad die Halbleiterrelais getestet, so werden nur diese geöffnet, wodurch das Nutzsignal durch den zweiten Nutzpfad geleitet wird. Somit entstehen auf der Anschlussseite keine Testimpulse, weshalb angeschlossene Aktoren bzw. Sensoren nicht gestört werden.
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Für einen sicheren Ausgang ergeben sich, ohne dein Zusammenfassen von Signalen, dann beispielsweise acht digitale Ansteuersignale und acht digitale Feedbacksignale.
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Um Signalleitungen einzusparen, können die einzelnen digitalen Feedbacksignale von ersten Nutzpfad mit den dazugehörigen Feedbacksignalen des zweiten Nutzpfads zusammengefasst werden. Eine weitere Möglichkeit, die Anzahl der Signalleitungen zu verringern, bietet die parallele Ausführung von Tests. So kann der erste Nutzpfad komplett unabhängig von dem zweiten Nutzpfad getestet werden. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Ansteuerleitungen.
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Damit kann in einer weiterführenden Ausgestaltung in der Sicherheitssteuereinheit vorgesehen sein, dass der mindestens eine Ausgangskanal innerhalb der Sicherheitssteuereinheit doppelt ausgeführt ist und dadurch zwei Nutzpfade für denselben Ausgangskanal gebildet werden, derart, dass eine erste Leitung zusammen mit einer zweiten Leitung und einer dritten Leitung eines ersten Nutzpfades parallel zu einer ersten Leitung, einer zweiten Leitung und einer dritten Leitung eines zweiten Nutzpfades geschaltet ist, und die Sicherheitssteuereinheit eingerichtet ist, auf dem einen Nutzpfad den potentialfreien geschlossenen oder offenen Schaltzustand für das zu schaltende externe elektrische Gerät bereitzustellen und auf dem anderen Nutzpfad den Zustand der wenigstens einen Komponente diesen Nutzpfades auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen.
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Die Sicherheitssteuereinheit kann dabei in einer ersten Variante ausgebildet sein, den potentialfreien geschlossenen oder offenen Schaltzustand für das zu schaltende externe elektrische Gerät auf den jeweils anderen Nutzpfad umzuschalten und danach auf dem jeweils frei gewordenen Nutzpfad den Zustand der wenigstens einen Komponente diesen frei gewordenen Nutzpfades auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen.
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Die Sicherheitssteuereinheit kann dabei in einer zweiten Variante ausgebildet sein, derart dass, die Ausgangsschnittstelle einen ersten Ausgangskanal und einen zweiten Ausgangskanal aufweist, wobei in dem ersten Ausgangskanal eine erste Leitung zusammen mit einer zweiten Leitung und einer dritten Leitung einen ersten Nutzpfad bildet, in dem zweiten Ausgangskanal eine erste Leitung zusammen mit einer zweiten Leitung und einer dritten Leitung eines zweiten Nutzpfad bildet, und die Ausgangsschnittstelle einen dritten Nutzpfad aufweist, der wahlweise im Wechsel entweder für den ersten Ausgangskanal oder den zweiten Ausgangskanal parallel zu diesem geschaltet ist, um den Zustand der wenigstens einen Komponente des gewählten ersten oder zweiten Nutzpfades des ersten Ausgangskanals oder des zweiten Ausgangskanals auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen.
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Ergänzend kann die Sicherheitssteuereinheit ausgebildet sein, derart, dass mehrere Sicherheitssignale mehrerer Ausgangskanäle auf eine gemeinsame Signalleitung aufgeschaltet und aus der Sicherheitssteuereinheit über einen gemeinsamen Anschluss herausgeführt sind.
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Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder auch in anderen Kombinationen der Merkmale betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
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Die Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Roboter-Sicherheitssteuerung mit einer erfindungsgemäßen Ausgangsschnittstelle,
- 2 eine Schaltung einer beispielhaften Ausgangsschnittstelle mit vier Halbleiterschaltkontakten,
- 3 eine alternative zweikanalige Schaltung einer beispielhaften Ausgangsschnittstelle mit zwei Halbleiterschaltkontakten und zwei Relais,
- 4 eine reduzierte Schaltung einer beispielhaften Ausgangsschnittstelle mit lediglich einem Kanal, der wahlweise Halbleiterschaltkontakte und/oder Relais aufweisen kann, und
- 5 eine schematische Darstellung einer zweikanaligen Sicherheitssteuereinheit mit jeweils doppelt ausgeführten Nutzpfaden.
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In der 1 ist eine Roboter-Steuerung 1 schematisch dargestellt. Die Roboter-Steuerung 1 weist wenigstens zwei voneinander unabhängige Steuerungseinheiten 2.1, 2.2. auf, die zum parallelen Ausführen eines gemeinsamen Roboterprogramms 3 ausgebildet sind. Die Roboter-Steuerung 1 weist außerdem eine Sicherheitssteuereinheit 4 auf, die ausgebildet ist, den Zustand wenigstens einer Komponente der Roboter-Steuerung 2 und/oder wenigstens einer Komponente des Roboters 5 auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen. Die Sicherheitssteuereinheit 4 weist eine Ausgangsschnittstelle 6 auf, die einen mindestens zweikanaligen digitalen Ausgang 7.1, 7.2 aufweist.
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In der 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausgangsschnittstelle 6 in Form einer Schaltung dargestellt, die einen mindestens zweikanaligen digitalen Ausgang 7.1 und 7.2 aufweist, wobei jeder Ausgangskanal A, B zwei zum Schalten eines externen elektrischen Geräts (nicht dargestellt) ausgebildete elektrische Anschlüsse 8.1, 8.2, 9.1, 9.2 aufweist, die in Abhängigkeit des Sicherheitssignals entweder einen potentialfreien geschlossenen Schaltzustand oder einen potentialfreien offenen Schaltzustand aufweisen. Wenigstens ein Sicherheitssignal kann dabei im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels über die Mikrocontrollerpins 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 zugeführt werden.
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Die Ausgangsschnittstelle 6 weist einen den Schaltzustand des ersten Kanals A mitbestimmenden ersten Halbleiterschaltkontakt 11.1 auf, der durch das Sicherheitssignal der Sicherheitseinheit 4 angesteuert ist und der einerseits an eine erste Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss 8.1 des ersten Ausgangskanals A führt, und andererseits an eine zweite Leitung 12.2 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu einem zweiten Anschluss 8.2 des ersten Ausgangskanals führt.
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Die Ausgangsschnittstelle 6 weist außerdem eine Spannungsquelle 13.1 auf, die an die erste Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist.
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Darüber hinaus weist die Ausgangsschnittstelle 6 einen ersten Koppler 14.1 auf, der an die zweite Leitung 12.2 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle 13.1 an der ersten Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angelegte Spannung von der zweiten Leitung 12.2 des ersten Ausgangskanals A abzugreifen, wenn der erste Halbleiterschaltkontakt 11.1 in seinem Schließzustand ist.
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Der erste Koppler 14.1 ist außerdem ausgebildet, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung 12.2 des ersten Ausgangskanals A abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des ersten Halbleiterschaltkontaktes 11.1 kennzeichnendes erstes Diagnosesignal zu erzeugen. Das erste Diagnosesignal kann dabei im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels über den Mikrocontrollerpin 15.1 abgegriffen werden.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Ausgangsschnittstelle 6 einen den Schaltzustand des ersten Ausgangskanals A mitbestimmenden zweiten Halbleiterschaltkontakt 11.2 auf, der mit dem ersten Halbleiterschaltkontakt 11.1 in Reihe geschaltet ist und der durch ein zweites Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit 4 angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu einem ersten Halbleiterschaltkontakt 11.1 führt, und andererseits an eine dritte Leitung 12.3 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss 8.1 des ersten Ausgangskanals A führt.
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In diesem Fall weist die Ausgangsschnittstelle 6 außerdem einen zweiten Koppler 14.2 auf, der an die dritte Leitung 12.3 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle 13.1 an der ersten Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angelegte Spannung von der dritten Leitung 12.3 des ersten Ausgangskanals A abzugreifen, wenn der zweite Halbleiterschaltkontakt 11.2 in seinem Schließzustand ist.
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Der zweite Koppler 14.2 ist außerdem ausgebildet, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung 12.3 des ersten Ausgangskanals A abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des zweiten Halbleiterschaltkontaktes 11.2 kennzeichnendes zweites Diagnosesignal zu erzeugen. Das zweite Diagnosesignal kann dabei im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels über den Mikrocontrollerpin 15.2 abgegriffen werden.
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In einer Variante gemäß 3 ist der zweite Halbleiterschaltkontakt 11.2 durch ein mechanisches Relais 11.2a und der vierte Halbleiterschaltkontakt 11.4 durch ein mechanisches Relais 11.4a ersetzt. In einem solchen Fall weist beispielsweise der erste Ausgangskanal A ein zu dem ersten Halbleiterschaltkontakt 11.1 in Reihe geschaltetes mechanisches Relais 11.2a auf, wobei ein Lastschalter des Relais 11.2a einen ersten Lastschaltkontakt aufweist, der an die erste Leitung 12.1 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu dem ersten Halbleiterschaltkontakt 11.1 des ersten Ausgangskanals A führt, und einen zweiten Lastschaltkontakt aufweist, der an die dritte Leitung 12.3 des ersten Ausgangskanals A angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss 8.1 des ersten Ausgangskanals A führt, wobei ein Überwachungsschalter des Relais 11.2a an die Sicherheitssteuereinheit 4 angeschlossen ist, zum Übermitteln eines den Schaltzustand des Relais 11.2 kennzeichnenden zweiten Diagnosesignals. Auch in diesem Fall würde das zweite Diagnosesignal über den Mikrocontrollerpin 15.2 an die Sicherheitseinheit 4 zurückgeführt werden. Der zweite Ausgangskanal B mit dem mechanischen Relais 11.4a ist analog dem ersten Ausgangskanal A aufgebaut.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 2 weist die Ausgangsschnittstelle 6 auch noch einen den Schaltzustand des zweiten Ausgangskanals B mitbestimmenden dritten Halbleiterschaltkontakt 11.3 auf, der durch ein drittes Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit 4 angesteuert ist und der einerseits an eine erste Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu einem ersten Anschluss 9.1 des zweiten Ausgangskanals B führt, und andererseits an eine zweite Leitung 16.2 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu einem zweiten Anschluss 9.2 des zweiten Ausgangskanals B führt.
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Die Ausgangsschnittstelle 6 weist dabei außerdem eine zweite Spannungsquelle 13.2 auf, die an die erste Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist.
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Darüber hinaus weist die Ausgangsschnittstelle 6 einen dritten Koppler 14.3 auf, der an die zweite Leitung 16.2 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der zweiten Spannungsquelle 13.2 an der ersten Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angelegte Spannung von der zweiten Leitung 16.2 des zweiten Ausgangskanals B abzugreifen, wenn der dritte Halbleiterschaltkontakt 11.3 in seinem Schließzustand ist.
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Der dritte Koppler 14.3 ist außerdem ausgebildet, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung 16.2 des zweiten Ausgangskanals A abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des dritten Halbleiterschaltkontaktes 11.3 kennzeichnendes drittes Diagnosesignal zu erzeugen. Das dritte Diagnosesignal kann dabei im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels über den Mikrocontrollerpin 15.3 abgegriffen werden.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 2 weist die Ausgangsschnittstelle 6 einen den Schaltzustand des zweiten Ausgangskanals B mitbestimmenden vierten Halbleiterschaltkontakt 11.4 auf, der mit dem dritten Halbleiterschaltkontakt 11.3 in Reihe geschaltet ist und der durch ein viertes Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit 4 angesteuert ist und der einerseits an die erste Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt 11.3 führt, und andererseits an eine dritte Leitung 16.3 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss 9.1 des zweiten Ausgangskanals B führt.
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Darüber hinaus weist die Ausgangsschnittstelle 6 einen vierten Koppler 14.4 auf, der an die dritte Leitung 16.3 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der zweiten Spannungsquelle 13.2 an der ersten Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angelegte Spannung von der dritten Leitung 16.3 des zweiten Ausgangskanals B abzugreifen, wenn der vierte Halbleiterschaltkontakt 11.4 in seinem Schließzustand ist.
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Der vierte Koppler 14.4 ist außerdem ausgebildet, in Abhängigkeit der an der dritten Leitung 16.3 des zweiten Ausgangskanals B abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des vierten Halbleiterschaltkontaktes 11.4 kennzeichnendes viertes Diagnosesignal zu erzeugen. Das vierte Diagnosesignal kann dabei im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels über den Mikrocontrollerpin 15.4 abgegriffen werden.
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In einer weiteren Variante ist, wie in 3 dargestellt, der vierte Halbleiterschaltkontakt 11.4 durch das mechanisches Relais 11.4a ersetzt. In einem solchen Fall weist der zweite Ausgangskanal B ein zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt 11.3 in Reihe geschaltetes mechanisches Relais 11.4a auf, wobei ein Lastschalter des Relais 11.4a einen ersten Lastschaltkontakt aufweist, der an die erste Leitung 16.1 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu dem dritten Halbleiterschaltkontakt 11.3 des zweiten Ausgangskanals B führt, einen zweiten Lastschaltkontakt aufweist, der an die dritte Leitung 16.3 des zweiten Ausgangskanals B angeschlossen ist, die zu dem ersten Anschluss 9.1 des zweiten Ausgangskanals B führt, wobei ein Überwachungsschalter des Relais an die Sicherheitssteuereinheit 4 angeschlossen ist, zum Erzeugen eines den Schaltzustand des Relais kennzeichnenden viertes Diagnosesignals. Auch in diesem Fall wird das vierte Diagnosesignal über den Mikrocontrollerpin 15.4 abgegriffen werden.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß 2 sind der erste Koppler 14.1, der zweite Koppler 14.2, der dritte Koppler 14.3 und der vierte Koppler 14.4 jeweils als ein Opto-Koppler ausgebildet.
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Sowohl die erste Spannungsquelle 13.1 als auch die zweite Spannungsquelle 13.2 sind jeweils als eine galvanisch von einem Hochspannungskreis von Umrichtern der Antriebe des Roboters 5 getrennte Spannungsquelle ausgebildet.
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Außerdem sind sowohl die erste Spannungsquelle 13.1 als auch die zweite Spannungsquelle 13.2 als eine vom ersten Kanal A der Ausgangsschnittstelle 6 und vom zweiten Ausgangskanal B der Ausgangsschnittstelle 6 isolierte Spannungsversorgung, insbesondere als DC/DC-Wandler ausgebildet.
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Im Falle des Ausführungsbeispiels der 2 sind sowohl der erste Halbleiterschaltkontakt 11.1, als auch der zweite Halbleiterschaltkontakt 11.2, der dritte Halbleiterschaltkontakt 11.3 und der vierte Halbleiterschaltkontakt 11.4 jeweils als wenigstens ein Halbleiter-Feldeffekttransistor (FET) ausgebildet.
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Die 4 zeigt schematisch eine einkanalige Variante der Sicherheitssteuereinheit 4 mit lediglich einem einzigen Ausgangskanal. Der einzelne Ausgangskanal gemäß 4 weist zwei zum Schalten eines von der Sicherheitssteuereinheit 4 externen elektrischen Geräts zwei elektrische Anschlüsse 8.1, 8.2 auf, wobei der einzelne, d.h. alleinige Ausgangskanal in Abhängigkeit eines Sicherheitssignals entweder einen potentialfreien geschlossenen Schaltzustand oder einen potentialfreien offenen Schaltzustand aufweisen kann. Diese Ausgangsschnittstelle weist einen den Schaltzustand des alleinigen Ausgangskanals mitbestimmenden einzelnen Halbleiterschaltkontakt 11.1 aufweist, der durch das Sicherheitssignal der Sicherheitssteuereinheit 4 angesteuert ist und der einerseits an eine erste Leitung 12.1 des einzelnen Ausgangskanals angeschlossen ist, die (mittelbar über den zweiten Halbleiterschaltkontakt 11.2 und die dritte Leitung 12.3) zu einem ersten Anschluss 8.1 des einzelnen Ausgangskanals führt, und andererseits an eine zweite Leitung 12.2 des einzelnen Ausgangskanals angeschlossen ist, die (direkt) zu einem zweiten Anschluss 8.2 des einzelnen Ausgangskanals führt. Die Ausgangsschnittstelle umfasst außerdem eine einzelne Spannungsquelle 13.1, die an die erste Leitung 12.1 des einzelnen Ausgangskanals angeschlossen ist, und einen ersten Koppler 14.1, der an die zweite Leitung 12.2 des einzelnen Ausgangskanals angeschlossen ist und der ausgebildet ist, die von der Spannungsquelle 13.1 an der ersten Leitung 12.1 des einzelnen Ausgangskanals angelegte Spannung von der zweiten Leitung 12.2 des einzelnen Ausgangskanals abzugreifen, wenn der Halbleiterschaltkontakt 11.1 in seinem Schließzustand ist und der ausgebildet ist, in Abhängigkeit der an der zweiten Leitung 12.2 des einzelnen Ausgangskanals mittels des Rücklesepins 15.1 abgegriffenen Spannung, ein den Schaltzustand des Halbleiterschaltkontaktes 11.1 kennzeichnendes Diagnosesignal zu erzeugen. Über einen zweiten Koppler 14.2, der an die dritte Leitung 12.3 des einzelnen Ausgangskanals angeschlossen ist, kann die von der Spannungsquelle 13.1 an der ersten Leitung 12.1 des einzelnen Ausgangskanals angelegte Spannung von der dritten Leitung 12.3 des einzelnen Ausgangskanals abgegriffen werden, wenn der zweite Halbleiterschaltkontakt 11.2 (oder alternativ ein mechanisches Relais 11.2a) in seinem Schließzustand ist. In Abhängigkeit der an der dritten Leitung 12.3 des einzelnen Ausgangskanals mittels eines zweiten Rücklesepins 15.2 abgegriffenen Spannung, kann dann ein den Schaltzustand des zweiten Halbleiterschaltkontaktes 11.2 bzw. des alternativen mechanischen Relais 11.2a kennzeichnendes Diagnosesignal erzeugt werden.
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Die 5 zeigt schematisch die Sicherheitssteuereinheit 4 mit einem ersten Ausgangskanal A und einem zweiten Ausgangskanal B, wobei jeder Ausgangskanal A, B innerhalb der Sicherheitssteuereinheit 4 jeweils doppelt ausgeführt ist und dadurch jeweils zwei Nutzpfade 17.1, 17.2 für denselben Ausgangskanal A, B gebildet werden, derart, dass der jeweils erste Nutzpfades 17.1 parallel zu dem zweiten Nutzpfad 17.2 geschaltet ist, und die Sicherheitssteuereinheit 4 eingerichtet ist, auf dem einen Nutzpfad 17.1, 17.2 den potentialfreien geschlossenen oder offenen Schaltzustand für das zu schaltende externe elektrische Gerät bereitzustellen und auf dem jeweils anderen Nutzpfad 17.1, 17.2 den Zustand der wenigstens einen Komponente diesen Nutzpfades 17.1, 17.2 auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen und ein diese Funktionsfähigkeit kennzeichnendes Sicherheitssignal zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015001094 A1 [0002]
