DE102019119066A1

DE102019119066A1 - Vorrichtung zum Erkennen der Beschaltung an einem sicheren Eingang

Info

Publication number: DE102019119066A1
Application number: DE102019119066.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes vom Stein
Original assignee: Turck Holding GmbH
Current assignee: Turck Holding GmbH
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-21
Also published as: US11515867B2; US20210021260A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss einer Signale abgebenden Einrichtung (41, 42, 43, 44) mit zwei Potenzialgebern (11, 12, 13, 14, 15, 16; 21, 22, 23, 25, 26), denen jeweils zwei Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) zugeordnet sind, wobei die Potenziale der Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) gegensinnig von den Widerständen zwischen den jeweiligen Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) abhängen.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss eines Sicherheitsschalters oder eines Sicherheitsgerätes oder wahlweise eines Sicherheitsschalters oder eines Sicherheitsgerätes. Die Vorrichtung besitzt eine Schaltung mit Eingangsklemmen, an denen die Ausgänge solcher Einrichtungen anschließbar sind. Die Potenziale, die an den Klemmen der Vorrichtung anliegen, können von einer Auswerteeinrichtung ausgelesen werden. Die Auswerteeinrichtung kann ermitteln, ob sich die Einrichtungen in einem sicheren Zustand oder in einem unsicheren Zustand befinden.
Stand der Technik
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird bei Maschinen oder dergleichen verwendet, um die Bediensicherheit zu erhöhen. Ein Sicherheitsschalter kann beispielsweise ein Notausschalter sein, der zwei potenzialfreie Kontakte aufweist. Die potenzialfreien Kontakte sind mechanisch so ausgeführt, dass beide Kanäle bei einer Betätigung gleichzeitig geöffnet oder gleichzeitig geschlossen werden. Wenn jeweils nur einer der beiden Kanäle einen zeitlich stabilen Zustand einnimmt, wird dies als Fehler bewertet, der das System in den sicheren Zustand bringen muss.
Es sind ferner Sicherheitsgeräte vorgesehen, wie beispielsweise Lichtschranken oder Lichtvorhänge. Diese besitzen einen Ausgang, an dem permanent oder gepulst ein Potenzial anliegt, das beim Ändern des Sicherheitszustandes von Eins auf Null (HI auf LO) wechselt. Auch hier ist zur Eigensicherung vorgesehen, dass das Sicherheitsgerät zwei gleichwertige Ausgänge aufweist, die gleichzeitig ihr Potenzial wechseln. Nehmen die Ausgänge über eine gewisse Zeit unterschiedliche Potenziale an, so ist dies ein Indiz dafür, dass das System fehlerhaft arbeitet.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zum Anschluss eines Sicherheitsschalters oder eines Sicherheitsgerätes sicherheitstechnisch weiterzubilden.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen technischen Lehre sind, sondern auch eigene Lösungen der Aufgabe darstellen.
Zunächst und im Wesentlichen wird eine Vorrichtung, insbesondere in Form einer elektronischen Schaltung vorgeschlagen, die eine Gruppe von Klemmen aufweist. An diese Klemmen können Ausgänge der Einrichtungen angeschlossen werden, die Signale abgeben. Bei den Einrichtungen kann es sich um PFCs, also Sicherheitsschalter mit potenzialfreien Kontakten handeln oder aber auch um OSSDs, also Sicherheitsgeräte mit getakteten Ausgängen. Erstere können beispielsweise von einem Not-Ausschalter realisiert sein, wie sie oben bereits beschrieben worden sind. Letztere können von Lichtschranken oder Lichtschranken-Anordnungen realisiert sein, wie sie oben bereits angesprochen sind. Beide Einrichtungen können parallel geschaltete Ausgänge aufweisen, bei denen sich die daran anliegenden Potenziale synchron ändern, wenn sich der Zustand der Einrichtung ändert, beispielsweise von sicher auf unsicher. Die Ausgänge des Sicherheitsgerätes können darüber hinaus hochfrequent getaktet sein, so dass das Sicherheitsgerät selbsttätig eine Fehlererkennung und eine Quer- oder eine Potenzialschlusserkennung durchführen kann. Erfindungsgemäß besitzt die Gruppe der Klemmen zumindest eine erste Auswerteklemme und eine zweite Auswerteklemme. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Auswerteklemme mit einem ersten Ausgang und die zweite Auswerteklemme mit einem zweiten Ausgang der Einrichtung verbunden sind oder verbindbar sind. Arbeiten die beiden Ausgänge synchron zueinander, so ändern sich die an den Auswerteklemmen anliegenden Signale paarweise symmetrisch. Die Vorrichtung besitzt ferner zumindest einen ersten und zumindest einen zweiten Potenzialgeber. Die Potenzialgeber sind in der Lage, den Auswerteklemmen ein gewisses Potenzial zu verleihen. Erfindungsgemäß hängt dieses Potenzial vom Widerstand zwischen zwei Klemmen ab, von denen zumindest eine eine der Auswerteklemmen ist. Wechselt der Widerstand zwischen den beiden Klemmen, die gemäß einer Variante der Erfindung beides Auswerteklemmen sein können, zwischen einem niederohmigen Wert und einem hochohmigen Wert, so wechselt das Potenzial zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert. Der niederohmige Wert des Widerstandes kann sich um mindestens einen Faktor 10 vom hochohmigen Wert des Widerstandes unterscheiden. Zwischen dem niedrigen Potenzial und dem hohen Potenzial kann zumindest eine Spannung von 1 oder 2 Volt liegen. Ist beispielsweise die Einrichtung ein Sicherheitsschalter, so können die beiden potenzialfreien Schalter des Sicherheitsschalters jeweils eine der beiden Auswerteklemmen mit einer weiteren Klemme der Gruppe von Klemmen verbinden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass jeder Kanal mit zwei Auswerteklemmen verbunden ist. Der erste Potenzialgeber ist derart beschaltet, dass er bei einem niedrigen Widerstand zwischen den Klemmen ein niedriges Potenzial an der Auswerteklemme erzeugt. Der zweite Potenzialgeber ist hingegen so beschaltet, dass er bei einem niedrigen Widerstand zwischen der Auswerteklemme und einer anderen Klemme ein hohes Potenzial an der Auswerteklemme erzeugt. Indem die beiden Auswerteklemmen gegensätzliche Potenziale aufweisen müssen, um als unsicher erkannt zu werden, können Querschlüsse erkannt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die auch eigenständigen Charakter hat, besitzt der Potenzialgeber einen Operationsverstärker. Dabei kann der Ausgang des Operationsverstärkers mit einer Auswerteklemme verbunden sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der invertierende oder der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers mit einer Auswerteklemme verbunden ist. Besonders bevorzugt sind die Potenzialgeber derart beschaltet, dass der Widerstand zwischen den Klemmen des ersten Potenzialgebers als Gegenkopplung und der Widerstand zwischen den Klemmen des zweiten Potenzialgebers als Mitkopplung beschaltet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung derart beschaltet ist, dass sie Einrichtungen verschiedener Art unterscheiden kann, also zwischen einem PFC und einem OSSD unterscheiden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass eine der Klemmen eine Versorgungsspannung liefert und/oder eine andere der Klemmen ein Massepotenzial liefert. Mit diesen beiden Klemmen kann ein OSSD mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Bei einer Beschaltung der Vorrichtung mit einem PFC können diese Klemmen, zumindest aber eine der Klemmen, auch als Auswerteklemmen wirken. Es ist somit insbesondere vorgesehen, dass die Gruppe von Klemmen der Vorrichtung Klemmen aufweist, die je nach Beschaltung mit voneinander verschiedenen Einrichtungen unterschiedliche Funktionen ausüben. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Wechseln eines an einer Klemme der Gruppe der Klemmen anliegenden Potenzials eine Schalteranordnung schaltet. Diese Schalteranordnung kann das an einer anderen Klemme anliegende Potenzial beeinflussen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass sich das Potenzial der anderen Klemme gegensinnig zur einen Klemme ändert. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die an den Klemmen anliegenden Potenziale digitale Zustände sind, die sich durch die Zustände Null und Eins darstellen lassen, wobei der Zustand Null einem niedrigen Potenzial und der Zustand Eins einem hohen Potenzial entspricht. Die beiden Potenziale unterscheiden sich dadurch, dass sie unterhalb oder oberhalb einer Referenzspannung liegen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der niederohmige Widerstand unter einem Grenzwiderstand und der hochohmige Widerstand oberhalb eines Grenzwiderstandes liegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Klemmen, deren Potenziale sich wechselweise ändern, zwei verschiedenen Potenzialgebern zugeordnet sind. So kann die Klemme, deren Potenzial sich durch das Wechseln des Potenzials einer anderen Klemme geändert wird, dem zweiten Potenzialgeber zugeordnet sein. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der Potenzialgeber einen Operationsverstärker aufweist. Der Operationsverstärker des ersten Potenzialgebers kann einen Ausgang aufweisen, der mit einer Klemme verbunden ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers mit einer anderen Klemme verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers kann über einen Widerstand mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers verbunden sein, so dass der erste Operationsverstärker zu den beiden Klemmen gegengekoppelt geschaltet ist. Die beiden Klemmen können erste Auswerteklemmen sein. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers, der dem zweiten Potenzialgeber zugeordnet ist, kann mit einer Klemme verbunden sein. Der nicht invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers kann mit einer anderen Klemme verbunden sein. Hier kann der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers über einen Widerstand verbunden sein, so dass die beiden Klemmen mitgekoppelt geschaltet sind. Diese beiden Klemmen können zweite Auswerteklemmen ausbilden. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung auch eine Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung von einem Mikrokontroller ausgebildet ist oder einen Mikrokontroller oder Mikrocomputer aufweisen kann. Die Auswerteeinrichtung besitzt eine Vielzahl von Eingängen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest einige der Auswerteklemmen individuell mit digitalen Eingängen der Auswerteeinrichtung verbunden sind, so dass die Potenziale der Klemmen unmittelbar an den Eingängen der Auswerteeinrichtung eingelesen werden können. Die erfindungsgemäße Schaltung ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie zwischen sicheren Zuständen und unsicheren Zuständen der an ihnen angeschlossenen Einrichtungen unterscheiden kann. Ferner ist die Vorrichtung so beschaltet, dass Einzelfehler gefunden werden. So ist beispielsweise vorgesehen, dass ausgehend von einem unsicheren Zustand ein Fehler zu einer Potenzialkombination an den Eingängen der Auswerteeinrichtung führt, die als sicherer Zustand erkannt werden. Einzelfehler können das System somit nicht unsicher machen. Ein Fehler entsteht insbesondere dann, wenn die ansonsten redundanten Signale der Ausgänge des OSSD oder der potenzialfreien Kontakte des PFC sich zeitlich nicht synchron ändern oder zumindest längerfristig voneinander verschiedene Signale abgeben. Die Erfindung schlägt somit eine Vorrichtung zum Erkennen der Beschaltung an einem sicheren Eingang vor, die dadurch kostengünstig ausgelegt werden kann, dass nur zwei Operationsverstärker-Schaltungen und eine Auswerteeinrichtung erforderlich ist. Als Folge der Beschaltung braucht die Auswerteeinrichtung nicht parametrisiert zu werden. Sie kann sowohl mit Sicherheitsschaltern mit potenzialfreien Kontakten als auch mit Sicherheitsgeräten mit getakteten Ausgängen, beispielsweise Lichtschranken, betrieben werden. Eine Überwachung der Ausgangssignale auf Quer- und Potenzialschlüsse ist ebenfalls möglich. Wesentlich ist beispielsweise, dass zur Erkennung der Beschaltung an einem sicheren Eingang mit zwei Kanälen zwei invers reagierende Operationsverstärker-Schaltungen vorgesehen sind. Es ist für jeweils einen Kanal eine derartige Operationsverstärker-Schaltung vorgesehen. Ein Operationsverstärker ist an den Klemmen derart verschaltet, dass der Widerstand zwischen den Klemmen als Mitkopplung beschaltet ist, so dass die Spannung an einer Klemme hoch ist, wenn der Widerstand zwischen den Klemmen gering ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von PFCs vorteilhaft. Eine Klemme kann nicht beschaltet sein. Bei der Verwendung von PFCs ist dies insbesondere eine mit Masse verbundene Klemme, die als Masseversorgung für die Verwendung eines OSSD dienen kann. Eine Klemme, die beispielsweise bei der Beschaltung mit einem OSSD als Spannungsversorgung dient, kann bei der Beschaltung mit einem PFC als Auswerteklemme verwendet werden. Es ist ferner vorgesehen, dass an den Eingängen der Operationsverstärker Widerstände anliegen, die so ausgelegt werden können, dass sie als Eingangswiderstände dienen. Die Widerstände können eine unterschiedliche Höhe aufweisen, um die Schaltschwellen zu beeinflussen. Während einer der Operationsverstärker als Mitkopplung beschaltet ist, ist der andere Operationsverstärker als Gegenkopplung beschaltet, so dass die Spannung an einer Klemme des zweiten Operationsverstärkers gering ist, wenn der Widerstand zwischen zwei Klemmen gering ist. Sind an zwei Klemmenpaaren jeweils die beiden potenzialfreien Kontakte eines PFC angeschlossen, so sind die beiden Klemmen eines Klemmenpaares kurzgeschlossen. Der eine Operationsverstärker regelt somit ab, während der andere Operationsverstärker aufregelt. Durch die inversen Pegel wird ein Querschluss zwischen den beiden Eingangssignalen erkannt. Es kann eine Zehnerdiode vorgesehen sein, mit der die Schaltschwelle vorgegeben werden kann. An den beiden Eingängen des Operationsverstärkers können Eingangswiderstände derart angeschlossen sein, dass sie eine Filterbeschaltung oder Schutzbeschaltung verwirklichen. Auch eine RC-Verschaltung zur Erhöhung des Stromes im Einschaltmoment für die potenzialfreien Kontakte kann vorgesehen sein. In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Einrichtung von einer Sicherheitsmatte (safety mat) ausgebildet sein. Eine derartige Sicherheitsmatte besitzt zwei leitende, parallel zueinander verlaufende flache Körper, beispielsweise Folie, die in einem unbetätigten Zustand elektrisch voneinander getrennt sind, also Elektroden mit einem hochohmigen Widerstand bilden und die im betätigten Zustand, beispielsweise durch ein Auftreten auf die Sicherheitsmatte, miteinander verbunden werden, so dass sie niederohmig miteinander verbunden sind. Die beiden Elektroden können mit jeweils einer Klemme eines der Klemmenpaare verbunden sein. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei der Einrichtung um einen PP OSSD oder um einen PM OSSD handelt. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass eine Versorgungsklemme, insbesondere eine mit Masse verbundene Versorgungsklemme über eine in Sperrrichtung geschaltete Diode mit Masse und über einen hochohmigen Widerstand mit der Versorgungsspannung verbunden ist. Mittels einer derartigen Beschaltung kann erkannt werden, ob an der Versorgungsklemme eine externe Masse angeschlossen ist. Die Versorgungsspannung kann mit einem digitalen Eingang der Auswerteeinrichtung verbunden sein. Eine der Auswerteklemmen kann mittels einer in Sperrrichtung geschalteten Diode mit einer Versorgungsspannung verbunden sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels;
2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels;
3 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels;
4 eine Tabelle 1, die Schaltzustände bei einem an die Schaltung angeschlossenen PFC zeigt;
5 eine Tabelle 2, die Schaltzustände eines an die Schaltung angeschlossenen OSSD zeigt; und
6 eine Tabelle 3, die Schaltzustände einer an die Schaltung angeschlossenen Sicherheitsmatte SM zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die Schaltung 9 besitzt eine Eingangsseite mit fünf Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 und eine Ausgangsseite mit Ausgängen, die an Eingängen 1', 2', 4', 5' einer Auswerteeinrichtung 6 angeschlossen sind, wobei die Auswerteeinrichtung 6 einen Microkontroller 7 aufweisen kann und mit einer Datenübertragungsstrecke 8 an anderweitige Peripheriegeräte anschließbar ist.
Die Eingänge 1', 2', 4', 5' können wahlweise mit verschiedenen Einrichtungen 41, 42 in eine leitende Verbindung gebracht werden. Bei den Einrichtungen 41, 42 kann es sich um einen PFC handeln. Dieser besitzt zwei potenzialfreie Kontakte 29, 30, deren Ausgänge 31, 32, 33, 34 mit den Klemmen 1, 4 beziehungsweise 2 und 5 verbunden werden können.
Alternativ zu den PFCs 41 können als Einrichtungen auch OSSDs 42, beispielsweise Lichtschranken oder Lichtvorhänge, verwendet werden. Diese OSSDs 42 besitze zwei Eingangsklemmen 35, 38 zum Anlegen einer Versorgungsspannung. Diese wird von den Klemmen 3 und 1 der Schaltung 9 zur Verfügung gestellt. Die OSSDs 42 besitzen darüber hinaus zwei Schaltausgänge 36, 37, die je nach Sicherheitszustand ein hohes oder ein niederes Potenzial liefern. Die Schaltausgänge 36, 37 sind an die Klemmen 4 und 2 angeschlossen.
Einige der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 können somit wahlweise an voneinander verschiedene Einrichtungen 41, 42 angeschlossen werden, wobei einige der Klemmen Auswerteklemmen sind. Das an ihnen anliegende Potenzial kann von der Auswerteeinrichtung 6 ausgewertet werden. Einzelne Klemmen 3, 5 können jeweils nur an eine der Einrichtungen 41, 42 angeschlossen werden. Einzelne Klemmen 1, 4, 2 können sowohl an die Einrichtung 41 als auch an die Einrichtung 42 angeschlossen werden.
Wird beispielsweise ein PFC 41 an die Schaltung 9 angeschlossen, so sind die Klemmen 1, 4 mit dem potenzialfreien Kontakt 29 und die Klemmen 2, 5 mit dem potenzialfreien Kontakt 30 verbunden. Sind die potenzialfreien Kontakte 29, 30 miteinander verbunden, so sind die Klemmen 2, 5 und 1, 4 jeweils niederohmig miteinander verbunden. Die Klemmen 1, 4 beziehungsweise 2 und 5 liegen auf einem jeweils gleichen Potenzial. Sind die potenzialfreien Kontakte 29, 30 hingegen nicht miteinander verbunden, so ist der Widerstand zwischen den Klemmen 2, 5 beziehungsweise 1, 4 hochohmig.
Die Schaltung 9 besitzt zwei Kanäle, die jeweils einen Operationsverstärker 15, 25 aufweisen. Ein erster Kanal, der einen ersten Potenzialgeber ausbildet, besitzt einen ersten Operationsverstärker 15, dessen Ausgang über eine Diode 16 mit der Klemme 1 verbunden ist. Der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers 15 ist mit der Klemme 4 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers 15 ist darüber hinaus über einen Widerstand 14 mit der ersten Klemme 1 verbunden. Sind die beiden Klemmen 1, 4 miteinander verbunden, so bewirkt die gegengekoppelte Schaltung des ersten Potenzialgebers, dass die beiden Klemmen 1, 4 ein niedriges Potenzial einnehmen. Ein PFC 41 kann an den Klemmen 1 und 4 angeschlossen werden. Sind die Schalter 29, 30 geschlossen, so ist das Klemmenpaar kurzgeschlossen. Der Operationsverstärker 15 regelt ab. Die Zehnerdiode 12 legt fest, dass nicht auf 0 Volt, sondern auf einen höheren Wert abgeregelt wird, der aber kleiner ist, als das Potenzial, also der Pegel, der als hohes Potenzial angesehen wird. Die Widerstände 11, 14 können so ausgelegt werden, dass sie als Eingangswiderstände dienen.
Der zweite Operationsverstärker 25 besitzt einen Ausgang, der mit der Klemme 2 verbunden ist. Die Klemme 5 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 25 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 25 ist über den Widerstand 22 mit der Klemme 2 verbunden. Diese mitgekoppelte Beschaltung des zweiten Potenzialgebers führt dazu, dass die beiden miteinander verbundenen Klemmen 2, 5 ein hohes Potenzial einnehmen, wenn der Widerstand zwischen den Klemmen 2, 5 niederohmig ist. Die Widerstände 22, 23 können so ausgelegt werden, dass sie als Eingangswiderstände dienen. Die Widerstände 21 und 23 verbinden analog zur ersten Operationsverstärkerschaltung eine Verbindung der Eingänge des Operationsverstärkers 25 mit Masse. Wenn der Widerstand 21 30-fach höher ist, als der Widerstand zwischen den Klemmen 2 und 5, so ist die Aufregelung des Operationsverstärkers 25 30-fach anders.
Wird der PFC 41 betätigt, also die Ausgänge 31, 32 beziehungsweise 33, 34 voneinander getrennt, so dass der Widerstand zwischen den Klemmen 1, 4 beziehungsweise 2, 5 hochohmig wird, so wechselt die Klemme 1 ihr Potenzial von niedrig nach hoch. Das Potenzial der Klemme 5 wechselt hier von hoch nach niedrig. Das Potenzial der Klemme 2 wechselt von hoch nach niedrig.
Indem sich das Potenzial der Klemme 5 von hoch auf niedrig verändert, liegt am invertierenden Eingang eines Schalters 17 ein niedriges Potenzial an, was dazu führt, dass die Ansteuerung 18 einen Transistor 19 schaltet, so dass er leitend wird. Er verbindet die Klemme 1 mit der Versorgungspannung. Dies führt dazu, dass das Potenzial an der Klemme 1 hoch ist.
Die Klemme 3 ist hier nicht beschaltet. Wird hingegen anstelle eines PFC 41 ein OSSD 42 an die Schaltung 9 angeschlossen, so liegt die Klemme 5 auf einem niedrigen Potenzial. Dies deshalb, weil sie über den Widerstand 23 mit Masse verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass der Transistor 19 leitet, so dass die Klemme 1 als Spannungsversorgung für den OSSD 42 dienen kann.
Die beiden Ausgänge 36, 37 des OSSD 42 sind mit den Klemmen 4 und 2 verbunden. Liefern die Ausgänge 36, 37 ein hohes Potenzial, so sind die Potenziale der Klemmen 4, 2 hoch. Das Potenzial der Klemme 5 ist aus den oben genannten Gründen niedrig. Das Potenzial der Klemme 1 ist aufgrund der gegensinnigen Beschaltung über den Schalter 17 hoch.
Bei einem Auslösen des OSSD 42 wechselt das Potenzial der Ausgänge 36, 37, so dass an den Klemmen 2, 4 ein niedriges Potenzial anliegt.
Die zuvor beschriebenen Potenziale im unsicheren Zustand beziehungsweise sicheren Zustand werden in den beiden ersten Spalten der Tabelle 1 und 2 dargestellt.
Die Zeilen 3 bis 6 der Tabelle 1 beziehungsweise 3 bis 4 der Tabelle 2 zeigen mögliche Einzelfehler, die sich dadurch zeigen, dass die potenzialfreien Kontakte 29, 30 asymmetrisch schalten beziehungsweise die Ausgänge 36, 37 asymmetrische Potenziale abgeben. Diese Schaltzustände, die in den Tabellen 1, 2 dargestellt sind, können als Vektoren betrachtet werden, die an den Eingängen 1', 2', 4', 5' der Auswerteeinrichtung 6 anliegen. Es ist ersichtlich, das die Vektoren, die jeweils einen unsicheren Zustand darstellen, im Fehlerfall nicht erreicht werden.
Die erste Operationsverstärker-Schaltung weist darüber hinaus noch einen Widerstand 11 auf, der den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 15 mit der Klemme 4 verbindet, was dazu führt, dass die nicht angeschlossene Klemme 4 auf einem niedrigen Potenzial gehalten wird. Ein ähnlicher Widerstand 21 ist in der zweiten Operationsverstärker-Schaltung geschaltet.
Die Spannungen an den Klemmen 1, 2, 4 und 5 werden durch die Auswerteeinrichtung 6 eingelesen und ausgewertet. Diese beinhaltet eine Logikeinheit 7, die einen oder mehrere Mikrokontroller, digitale Signalprozessoren, Programme beziehungsweise logic devices enthalten kann. Sie kann aber auch diskret aufgebaut sein. Die Logikeinheit 7 verarbeitet sicherheitskritische Signale mit einem hohen Sicherheitslevel. Die Auswerteeinrichtung 6 weist zudem eine Schnittstelle 8 auf zur Kommunikation mit anderen Einheiten. Die Erfindung kann überall dort angewendet werden, wo digitale Signale funktionell sicher eingelesen werden müssen.
Die 2 zeigt eine Variante der zuvor beschriebenen Schaltung, die sich von der in 1 dargestellten Schaltung im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die Versorgungsklemme 3 über eine in Sperrrichtung geschaltete Diode 24 mit Masse und über einen hochohmigen Widerstand 23 mit der Versorgungsspannung 20 verbunden ist.
Die Klemme 4 ist über eine Diode 26, die in Sperrrichtung geschaltet ist, mit der Versorgungsspannung 20 verbunden.
Bei der Einrichtung 43 handelt es sich um eine Sicherheitsmatte, die zwei Elektroden aufweist, die von Folien oder dergleichen gebildet sind, die in einer geringen Beabstandung sich parallel zueinander erstrecken. In einem nicht betätigten Zustand sind die beiden Elektroden hochohmig miteinander verbunden. In einem betätigten Zustand, beispielsweise wenn eine Person einen Druck auf die Sicherheitsmatte ausübt, sind die beiden Elektroden kurzgeschlossen, also niederohmig miteinander verbunden. Von den beiden Elektroden ist eine erste Elektrode mit der Klemme 1 und der Klemme 4 und die zweite Elektrode mit den Klemmen 2 und 5 verbunden. Die Klemme 3 ist nicht mit der Einrichtung 43 verbunden, so dass sie von der Diode 24 auf einem hohen Potenzial gehalten wird.
Die Tabelle 3 gibt die Schaltzustände der in 2 dargestellten Anordnung wieder. In einem unsicheren Zustand, in dem die Sicherheitsmatte nicht betätigt ist, die beiden Elektroden also hochohmig miteinander verbunden sind, besitzen die Klemmen 1 und 4 ein niedriges und die Klemmen 2 und 5 ein hohes Potenzial. Werden hingegen die beiden Elektroden miteinander verbunden, so dass die Anordnung ihren sicheren Zustand einnimmt, so befinden sich alle Klemmen 1, 2, 4 und 5 auf einem hohen Potenzial. Ein Fehler kann detektiert werden, wenn keiner der beiden Zustände erreicht ist.
Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem als Einrichtung 44 ein PM OSSD an die Schaltung angeschlossen ist. Die Ausgänge 36 und 35 sind, wie die in der 1 dargestellte Schaltung, mit den Klemmen 4 und 2 verbunden. Der Ausgang/Eingang 38 ist mit der Klemme 3 verbunden. Liegt die Klemme 38 auf Masse, so kann die Schaltung 9 mit einer externen Masse versorgt werden, die dann an der Klemme 3 anliegt. Am Eingang 3' kann dann ein niedriges Potenzial anliegen.
In einer Variante kann die Klemme 3 nicht mit der Klemme 38 verbunden sein, so dass an der Klemme 3 beziehungsweise am Eingang 3' ein hohes Potenzial anliegt. Über die Klemme 3 kann somit ermittelt werden, ob die Schaltung 9 über eine externe Masse versorgt wird.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Eine Vorrichtung aufweisend eine Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zum Anschluss einer Signale abgebenden Einrichtung 41, 42, 43, 44, wobei die Gruppe der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zumindest eine erste Auswerteklemme 1, 4 umfasst, die von einem ersten Potenzialgeber 11, 12, 13, 14, 15 auf ein erstes Potenzial gesetzt wird, welches von einem ersten Widerstand zwischen der ersten Auswerteklemme 1, 4 und einer weiteren der Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 abhängt, und wobei die Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zumindest eine zweite Auswerteklemme 2, 5 umfasst, die von einem zweiten Potenzialgeber 21, 22, 23, 25, 26 auf ein zweites Potenzial gesetzt wird, welches von einem zweiten Widerstand zwischen der zweiten Auswerteklemme 2, 5 und einer weiteren der Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 abhängt, wobei das erste Potenzial niedrig ist, wenn der erste Widerstand niederohmig und das zweite Potenzial hoch ist, wenn der zweite Widerstand niederohmig ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Potenzialgeber jeweils Operationsverstärkerschaltungen 15, 25 aufweisen, deren Ausgang mit jeweils einer der Auswerteklemmen 1, 4; 2, 5 verbunden ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Widerstand zum ersten Potenzialgeber als Gegenkopplung und der zweite Widerstand zum zweiten Potenzialgeber als Mitkopplung beschaltet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Potenzialgeber derart beschaltet sind, dass bei einem Wechsel der ihnen zugeordneten Widerstände zwischen niederohmig und hochohmig das Potenzial zwischen niedrig und hoch wechselt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung derart beschaltet ist, dass sie Einrichtungen 41, 42, 43, 44 verschiedener Art unterscheiden kann, wobei die Einrichtungen 41, 42, 43, 44 insbesondere als Sicherheitsschalter 41 mit zwei potenzialfreien Kontakten 29, 30 oder als Sicherheitsgerät 42 mit zwei ein konstantes oder getaktetes Potenzial ausgebenden Ausgängen 36, 37 ausgebildet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gruppe der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 eine mit Masse und/oder einer Versorgungsspannung verbundene Versorgungsklemme 1, 3 umfassen.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Wechseln eines an einer Klemme 5 der Gruppe der Klemmen anliegenden Potenzials eine Änderung eines Schaltzustandes einer Schalteranordnung 17, 18, 19 bewirkt, der das an einer anderen Klemme 1 anliegende Potenzial, insbesondere gegensinnig ändert, wobei insbesondere vorgesehen ist, die eine 5 der beiden Klemmen 5, 1 eine zweite Auswerteklemme 2, 5 und die andere 1 der beiden Klemmen 5, 1 eine erste Auswerteklemme ist.
Eine Vorrichtung aufweisend eine Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zum Anschluss einer Signale abgebenden Einrichtung 41, 42, 43, 44, wobei die Gruppe der Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zumindest eine erste Auswerteklemme 1, 4 umfasst, die von einem ersten Potenzialgeber 11, 12, 13, 14, 15 auf ein erstes Potenzial gesetzt wird, und wobei die Gruppe von Klemmen 1, 2, 3, 4, 5 zumindest eine zweite Auswerteklemme 2, 5 umfasst, die von einem zweiten Potenzialgeber 21, 22, 23, 25, 26 auf ein zweites Potenzial gesetzt wird, wobei die erste Auswerteklemme 4 mit dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 15 des ersten Potenzialgebers verbunden ist und/oder dass die erste Auswerteklemme 1 mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers 15 verbunden ist und/oder dass die zweite Auswerteklemme 5 mit dem nicht invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 25 des zweiten Potenzialgebers verbunden ist und/oder dass die zweite Auswerteklemme 2 mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 25 verbunden ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedem der beiden Potenzialgeber zwei Auswerteklemmen 1, 4; 2, 5 zugeordnet sind, von denen eine mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 15, 25 und die andere mit einem Eingang des Operationsverstärkers 15, 25 verbunden ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung 6 umfasst, die zumindest einigen der Auswerteklemmen 1, 4; 2, 5 individuell zugeordnete digitale Eingänge 1', 2', 4', 5' aufweist, an denen die Potenziale der Klemmen 1, 2, 4, 5 anliegen, wobei die Potenzialkombinationen der an den Eingängen 1', 2', 4', 5' anliegenden Potenziale Werte einnehmen, die einem sicheren Zustand der Einrichtungen 41, 42, 43, 44 und Werte annehmen können, die einem unsicheren Zustand der Einrichtungen 41, 42, 43, 44 zugeordnet sind, wobei insbesondere weiter vorgesehen ist, dass die einem sicheren Zustand entsprechenden Potenzialkombinationen nicht durch Änderung eines Potenzials an einem der Eingänge 1', 2', 4', 5' zu einer Potenzialkombination führen, die einem unsicheren Zustand entspricht.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die mit Masse verbundene Versorgungsklemme 3 in einem nicht an einer Einrichtung 41, 42, 43, 44 verbundenen Zustand auf einem hohen Potenzial und in einem mit einer Masse der Einrichtung 41, 42, 43, 44 verbundenen Zustand auf einem niedrigen Niveau liegt.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Klemme
1': Eingang
2: Klemme
2': Eingang
3: Klemme
3': Eingang
4: Klemme
4': Eingang
5: Klemme
5': Eingang
6: Auswerteeinrichtung
7: Microkontroller
8: Datenübertragungsstrecke
9: Schaltung
14: Widerstand
15: Operationsverstärker
16: Diode
17: Schalter
18: Ansteuerung
19: Transistor
20: Versorgungsspannung
21: Widerstand
22: Widerstand
23: Widerstand
24: Diode
25: Operationsverstärker
26: Diode
29: Kontakte
30: Kontakte
31: Ausgang
32: Ausgang
33: Ausgang
34: Ausgang
35: Eingangsklemme
36: Schaltausgang
37: Schaltausgang
38: Eingangsklemme
41: Einrichtung, PFC
42: Einrichtung, OSSD
43: Einrichtung „Safety Mat“
44: Einrichtung, PM OSSD

Claims

Vorrichtung aufweisend eine Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zum Anschluss einer Signale abgebenden Einrichtung (41, 42, 43, 44), wobei die Gruppe der Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zumindest eine erste Auswerteklemme (1, 4) umfasst, die von einem ersten Potenzialgeber (11, 12, 13, 14, 15) auf ein erstes Potenzial gesetzt wird, welches von einem ersten Widerstand zwischen der ersten Auswerteklemme (1, 4) und einer weiteren der Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) abhängt, und wobei die Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zumindest eine zweite Auswerteklemme (2, 5) umfasst, die von einem zweiten Potenzialgeber (21, 22, 23, 25, 26) auf ein zweites Potenzial gesetzt wird, welches von einem zweiten Widerstand zwischen der zweiten Auswerteklemme (2, 5) und einer weiteren der Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) abhängt, wobei das erste Potenzial niedrig ist, wenn der erste Widerstand niederohmig und das zweite Potenzial hoch ist, wenn der zweite Widerstand niederohmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Potenzialgeber jeweils Operationsverstärkerschaltungen (5, 25) aufweisen, deren Ausgang mit jeweils einer der Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Widerstand zum ersten Potenzialgeber als Gegenkopplung und der zweite Widerstand zum zweiten Potenzialgeber als Mitkopplung beschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Potenzialgeber derart beschaltet sind, dass bei einem Wechsel der ihnen zugeordneten Widerstände zwischen niederohmig und hochohmig das Potenzial zwischen niedrig und hoch wechselt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart beschaltet ist, dass sie Einrichtungen (41, 42, 43, 44) verschiedener Art unterscheiden kann, wobei die Einrichtungen (41, 42, 43, 44) insbesondere als Sicherheitsschalter (41) mit zwei potenzialfreien Kontakten (29, 30) oder als Sicherheitsgerät (42) mit zwei ein konstantes oder getaktetes Potenzial ausgebenden Ausgängen (36, 37) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) eine mit Masse und/ oder einer Versorgungsspannung verbundene Versorgungsklemme (1, 3) umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechseln eines an einer Klemme (5) der Gruppe der Klemmen anliegenden Potenzials eine Änderung eines Schaltzustandes einer Schalteranordnung (17, 18, 19) bewirkt, der das an einer anderen Klemme (1) anliegende Potenzial, insbesondere gegensinnig ändert, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die eine (5) der beiden Klemmen (5, 1) eine zweite Auswerteklemme (2, 5) und die andere (1) der beiden Klemmen (5, 1) eine erste Auswerteklemme ist.
Vorrichtung aufweisend eine Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zum Anschluss einer Signale abgebenden Einrichtung (41, 42, 43, 44), wobei die Gruppe der Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zumindest eine erste Auswerteklemme (1, 4) umfasst, die von einem ersten Potenzialgeber (11, 12, 13, 14, 15) auf ein erstes Potenzial gesetzt wird, und wobei die Gruppe von Klemmen (1, 2, 3, 4, 5) zumindest eine zweite Auswerteklemme (2, 5) umfasst, die von einem zweiten Potenzialgeber (21, 22, 23, 25, 26) auf ein zweites Potenzial gesetzt wird, wobei die erste Auswerteklemme (4) mit dem invertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers (15) des ersten Potenzialgebers verbunden ist und/oder dass die erste Auswerteklemme (1) mit dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers (15) verbunden ist und/oder dass die zweite Auswerteklemme (5) mit dem nicht invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers (25) des zweiten Potenzialgebers verbunden ist und/oder dass die zweite Auswerteklemme (2) mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (25) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der beiden Potenzialgeber zwei Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) zugeordnet sind, von denen eine mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (15, 25) und die andere mit einem Eingang des Operationsverstärkers (15, 25) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung (6) umfasst, die zumindest einigen der Auswerteklemmen (1, 4; 2, 5) individuell zugeordnete digitale Eingänge (1', 2', 4', 5') aufweist, an denen die Potenziale der Klemmen (1, 2, 4, 5) anliegen, wobei die Potenzialkombinationen der an den Eingängen (1', 2', 4', 5') anliegenden Potenziale Werte einnehmen, die einem sicheren Zustand der Einrichtungen (41, 42, 43, 44) und Werte annehmen können, die einem unsicheren Zustand der Einrichtungen (41, 42, 43, 44) zugeordnet sind, wobei insbesondere weiter vorgesehen ist, dass die einem sicheren Zustand entsprechenden Potenzialkombinationen nicht durch Änderung eines Potenzials an einem der Eingänge (1', 2', 4', 5') zu einer Potenzialkombination führen, die einem unsicheren Zustand entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Masse verbundene Versorgungsklemme (3) in einem nicht an einer Einrichtung (41, 42, 43, 44) verbundenen Zustand auf einem hohen Potenzial und in einem mit einer Masse der Einrichtung (41, 42, 43, 44) verbundenen Zustand auf einem niedrigen Niveau liegt.
Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.