DE3340475C2 - Elektronische Schaltung für eine Sicherheitseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Betätigung einer Sicherheitseinrichtung für Anlagen mit frei in den Raum beweglichen Teilen, insbesondere für Industrieroboter. Eine solche Sicherheitseinrichtung ist in der europäischen Patentschrift EU-PS 0012383 beschrieben. Die Schaltung erhält als Eingangssignale an Schaltmitteln anliegende elektrische Spannungen und gibt Ausgangssignale an eine Steuereinrichtung ab, die die beweglichen Teile stillsetzt oder ein Notlaufprogramm in Gang setzt. Die an den Schaltmitteln anliegende Spannung UF Fensterdiskriminatoren in Spannungsbereiche U1, U2, U3, U4 geteilt. Das durch die Spannungsbereiche U3, U4 gebildete Fenster ist kleiner als das durch die Spannungsbereiche U1, U2 gebildete Fenster. Die durch die Spannungsbereiche definierten Fenster sind unabhängig voneinander einstellbar. Ausgangssignale werden abgegeben, wenn die Spannung UF innerhalb der Spannung U1 oder oberhalb der Spannung U4 liegt. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit kann ein weiterer Fensterdiskriminator vorgesehen werden, derart, daß beim Ausfalle eines Fensterdiskriminators die Schaltung funktionsfähig bleibt. Durch Leuchtdioden kann die Lage der Spannung UF innerhalb der Fensterdiskriminatoren angezeigt werden.

Description

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem Patentanspruch 2 beschrieben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 durch die Erfindung zu überwachende Spannungsbereiche,

Fig. 2 Schaltplan.

Kern der Schaltung ist ein Fensterdiskriminator (IC 2), der ein Ausgangssignal liefert wenn die Eingangsspannung in einem zulässigen Fenster zwischen U1 und i/2 liegt (F i g. 1). Die Schwellspannungen werden durch das Widerstandsnetzwerk «10, «11, «16 festgelegt Bei Unterschreiten von UX (Betätigung des Flächenschalters oder Kurzschluß in den Zuleitungen zu dem Flächenschalter) bzw. bei Überschreiten von U 2 (Unterbrechung in den Zuleitungen zu dem Flächenschalter) fällt das Ober den Transistor T2 angesteuerte Relais C2 ab. Gleichzeitig leuchtet LED 3 (U_F oberhalb) bzw. LED 4 (Ufunterhalb des Fensters).

Da der Widerstand des Flächenschalters in unbetätigtem Zustand von der Größe der überwachten Fläche und von der Art der Anbringung am überwachten Objekt abhängt, muß der Spannungsteiler bei Inbetriebnähme der Schaltung so abgeglichen werden, daß die Spannung Uf in der Mitte des zulässigen Bereichs liegt. Zur Vereinfachung dieses Abgleichvorganges und zur Erkennung langfristiger Veränderungen, z. B. aufgrund von Materialveränderungen durch Umgebungseinflüsse, des Ruhewiderstandes des Flächenschalters wurde ein zweiter Fensterdiskriminator eingesetzt (IC3), dessen Fenster in der Mitte des von IC2 überwachten Bereichs liegt, jedoch kleiner ist (U3, t/4, F i g. 1). Liegt Uf innerhalb des kleinen Fensters, so leuchtet LED β (grün), liegt sie oberhalb, so leuchtet LED 5 (gelb), liegt sie unterhalb, so leuchtet LED 7 (gelb). Der Spannungsteiler ist also durch Verändern von R 18 so einzustellen, daß die LED 6 (grün) leuchtet. R 17 begrenzt den Einstellbereich so, daß ein zu geringer Ruhewiderstand des Flächenschalters, der bei Montage unter mechanischer Spannung entstehen kann, durch Verändern von «18 nicht mehr kompensiert werden kann.

Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Schaltung wurde ein genauso wie IC 2 beschalteter weiterer Fensterdiskriminator (ICX) parallel geschaltet, der Relais Cl ansteuert. Die Schließerkontakte der Relais CX und C 2 werden in Reihe geschaltet, so daß bei einem Ausfall eines Fensterdiskt iminators, der nicht zum Abfall eines Relais und damit zum Abschalten der Anlage führt, die Schaltung funktionsfähig bleibt.

Da ein solcher Fehler allerdings während des Betriebes auch nicht erkannt werden kann, wurde durch eine weitere Schaltungsergänzung dafür gesorgt, daß in diesem Fall die Schaltung nach Ausschalten der Betriebsspannung, nach Betätigung des AUS-Tasters oder nach einer Betätigung des Flächenschalters nicht mehr aktiviert werden kann. Im Normalfall bleiben die Relais nach dem Einschalten der Betriebsspannung abgefallen, bis der EI N-Taster gedrückt wird und den oberen Zweig des Eingangsspannungsteilers schließt. Ist der Flächenschalter unbetätigt und Transistor 7"3 nicht leitend, so liegt i/p nun im zulässigen Bereich, die Relais ziehen an, und die Haltekontakte C X X und C21 schließen den oberen Spannungsteilerzweig endgültig. Wird der Flächenschalter nun betätigt, so sinkt durch die Widerstandsverringerung von «rdie Spannung Ur unter UX, und die Relais Cl und C2 fallen ab. Die Kontakte CIl undC21 öffnen, so daß £/f« 0 V wird und die Relais auch bei unbetätigtem Flächenschalter abgefallen bleiben, bis wieder der EIN-Taster gedrückt wird. Tritt nun ein Fehler auf, der dazu führt, daß ein Relais nicht abfällt so wird dies nach dem Einschalten der Betriebsspannung, nach einer Betätigung des Flächenschalters oder nach einer öetätigung des mit C11 und C 21 in Reihe geschalteten AUS-Schalters durch einen Vergleich der Ausgangsspannungen der beiden Fensterdiskriminatoren mit Hilfe des Antivalenzgatters /C4 erkannt

Sind die Ausgangsspannungen ungleich, so wird der Transistor Γ3 leitend und hält die Spannung Uf auf ca. 0 V, so daß die Schaltung auch durch Drücken des EIN-Tasters nicht aktiviert werden kann.

Diese zusätzliche Selbstüberwachung der Schaltung ist nur möglich, wenn die Haltekontakte der Relais über den ifmgang der elektronischen Schaltung wirken und se bei abgefallenen Relais ein Betätigen des FFächenschalters simulieren können. Das RC-Glied «29/C5 ist erforderlich, um kurze Ausgangsimpulse des Antivalenzgatters zu unterdrücken, die dadurch entstehen, daß beim Schließen des EIN-Tasters die beiden Fensterdiskriminatoren nicht exakt zum gleichen Zeitpunkt umschalten.

Ein Fehler im Antivalenzgatter kann unter Umständen nicht erkannt werden. In diesem Falle sind jedoch zwei weitere Fehler erforderlich, um einen Schadensfall auszulösen. Ein Fehler, der dazu führt, daß beide Eingänge des Antivalenzgatters auf 0 V liegen, wirkt sich auf die Relais nicht aus, da die Vorwiderstände « 30 und « 31 entsprechend hochohmig sind.

Der Widerstand R 32 > R_F bewirkt, daß U_F bei einem Kabelbruch auch nach öffnen der Kontakte CIl und C 21 oberhalb des überwachten Fensters bleibt.

Bei der elektronischen Schaltung nach F i g. 2 wurden Bauelemente entsprechend der folgenden Stückliste verwendet.

«1	180
«2	2,7 K
«3	2,2 K
«4	1 K
«5	1 K
«6	9,1 K
«7	5,6 K
«8	470
«9	180
«10	2,7 K
«11	2,2 K
«12	1 K
«13	9,1 K
«14	1 K
«15	5,6 K
«16	470
«17	8,2 K
«18	47 K
«19	180
«20	3,9 K
«21	820
«22	1 K
«23	1 K
«24	1 K

Cl
C2
C3

C4
C5
DX D2

ZDX ZD 2

TX T2 T3

ICX IC 2 IC 3 IC4 IC5

LEDX LED 2 LED 3 LED 4 LED 5 LED 6 LED 7

15 μΡ

68 nF
0,47 μ F

1N 4007
ZPD 12

BC 182

TCA 965

CD 4070
LM78L15

rot

gelb
grün
gelb

Λ 25	5,6 K
K 26	1,2 K
Λ 27	10Κ
Λ 28	10Κ
R 29	10Κ
7? 30	100Κ
Λ 31	100Κ
Λ 32	100Κ

Die technischen Daten der Schaltung sind: io

Betriebsspannung Ub 8... 27 V

bei i/e>18Vmit

Spannungsregler +15 V

für/C4 und Zenerdioden 15

ZPD 12 an aüen benutzten

Eingängen von /C 4

Stromaufnahme bei Ub=27 V max 12OmA

Eingangsstrom TCA 965 Pin 8 50 nA

Belastbarkeit der 20

Referenzspannung 10 mA

Umgebungstemperatur — 25° C... 85°C

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 25

30

35

40

60 65

Claims (1)

zeichnet, daß an Ausgängen (Pin 13,14,2) des zwei-Patentanspröche: ten Fensterdiskriminators (IC3) Leuchtdioden (LED 5, 6, 7) angeschlossen sind, die aufleuchten,

1. Elektronische Schaltung für eine Sicherheitsein- wenn die Eingangsspannung (Uf) innerhalb (LED 5), richtung für Anlagen mit frei in den Raum bewegli- 5 oberhalb (LED 6) bzw. unterhalb (LED 7) des Spanchen Teilen, insbesondere für Handhabungsgeräte nungsbereiches (i/3— Ua) des zweiten Fensterdiskri-(Industrieroboter) oder führerlose Transportgeräte, minators (IC3) liegt
wobei die Sicherheitseinrichtung einen Flächenschalter aufweist, der bei Kollision der beweglichen

Teile mit Personen oder Gegenständen ein Signal 10
über die elektronische Schaltung an eine Steuereinrichtung abgibt, die die bewegten Teile stillsetzt Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung oder ein Notlaufprogramm in Gang setzt, wobei der für eine Sicherheitseinrichtung für Anlagen mit frei in Flächenschalter durch flächenhaft auf die Stellen der dem Raum beweglichen Teilen mit den Merkmalen der bewegten Teile, die durch ihre Form und Bewe- 15 im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen gungsenergie bei Kollisionen eine Gefahr darstellen, Gattung.

aufgebrachte Schichten gebildet wird, die ohne Aus der EP-PS 00 12 383 ist eine Sicherheitseinrich-

Druckbeanspruchung einen hohen elektrischen Wi- tung für Anlagen mit frei im Raum beweglichen Teilen, derstand (Rf groß), entsprechend dem Druck bei insbesondere für Handhabungsgeräte wie Industriero-Druckbeanspruchung durch Berührung jedoch ei- 20 boter und führerlose Transportfahrzeuge bekannt Dienen niedrigen elektrischen Widerstand (Rf klein) se Sicherheitseinrichtung enthält Schaltmittel, die bei aufweisen, wobei die am Widerstand (Rf) abfallende Kollosion der bewegten Teile mit Personen oder Gerä-Spannung als Eingangsspannung (Uf) für die elek- ten ein Steuersignal abgeben, das die bewegten Teile tronische Schaltung dient gekennzeichnet stillsetzt oder ein Notlaufprogramm in Gang setzt. Als durch folgende Merkmale: 25 Schaltmittel dient eine zunächst elektrisch isolierende,

bei Druckbeanspruchung aber elektrisch leitende

a) es sind drei Fensterdiskriminatoren (ICi, IC 2, Kunststoffschicht, die zwischen zwei Elektrodenschich-/C3), die eingangsseitig parallel geschaltet sind, ten flächenhaft auf den Stellen der bewegten Teile angemit zwei unterschiedlich eingestellten Span- bracht ist die durch ihre Form und Bewegungsenergie nungsbereichen (U3— Ua, Ui — U2) vorgesehen, 30 bei Kollisionen eine Gefahr darstellen. Durch eine weiwobei der Spannungsbereich (U3—U4) des tere elastisch oder plastisch verformbare Schicht, die zweiten Fensterdiskriminators (/C3) kleiner als zwischen den Schaltmitteln und den bewegten Teilen der dem ersten und dritten Fensterdiskrimina- angeordnet sein kann, wird erreicht, daß der Schalttor (IC 2 bzw. /Cl) gemeinsame Spannungsbe- punkt möglichst weit in Bewegungsrichtung der Teile reich (U\ — Ui) ist und etwa in der Mitte des 35 nach vorn verlegt wird, ehe es zu einer direkten Berüh-Spannungsbereichs (U\ — i/2) der beiden letzt- rung der harten Maschinenteile mit dem Objekt kommt, genannten Fensterdiskriminatoren (IC2, ICl) Die Schaltmittel können auch in einzelne Bausteine mit liegt, kleineren Abmessungen aufgeteilt sein, die nebeneinan-

b) die Spannungsgrenzen (Uu Ui, U3, Ua) der Fen- der auf der Oberfläche der bewegten Teile aufgebracht sterdiskriminatoren sind unabhängig voneinan- 40 sind und elektrisch parallel geschaltet sind.

der einstellbar, Aus der DE-OS 31 17 338 ist ferner eine elektrische

c) der erste und der dritte Fensterdiskriminator Sicherheitseinrichtung für die Steuerung einer Druck- (IC2 bzw. /Cl) erzeugen das Signal für die maschine bekannt, bei der diese Druckmaschine und Steuereinrichtung, wenn die Eingangsspannung ihre elektromechanischen und elektronischen Steuer- (Uf) unterhalb ihrer unteren Spannungsgrenze 45 einheiten und deren Bauteile vor den Folgen uner- (U\) oder oberhalb ihrer oberen Spannungs- wünschter Spannungsschwankungen geschützt werden grenze (Ut) liegt, soll. Dabei wird bei einem Steuertransformator mit

d) ein Relais (Cl, C2) ist jeweils den das Signal für mehreren Primär- und Sekundäranzapfungen unterdie Steuereinrichtung abgebenden Ausgängen schiedlicher Spannungshöhen eine von der Sekundäran-(Pin 3) des ersten und dritten Fensterdiskrimi- 50 zapfung ausgehende Steuerspannung vergleichsweise nators (IC 2 bzw. /Cl) nachgeschaltet, wobei für alle Steuerspannungen kontinuierlich gemessen und ein Schließerkontakt (C 12) des einen Relais überwacht. In eine sekundärseitige Steuerleitung ist ei-(Cl) mit einem Schließerkontakt (C22) des an- ne Spannungsüberwachungseinrichtung eingeschaltet, deren Relais (C2) in Reihe geschaltet und diese die mit einem Überspannungsvergleicher sowie einem Reihenschaltung mit dem Eingang der Steuer- 55 Unterspannungsvergleicher ausgestattet ist. Beim Uneinrichtung verbunden ist, terschreiten bzw. Überschreiten vorgegebener Span-

e) die das Signal für die Steuereinrichtung abge- nungsgrenzwerte öffnet sich ein Kontakt in der Spanbenden Ausgänge (Pin 3) des ersten und des nungsüberwachungseinrichtung und läßt dadurch eine dritten Fensterdiskriminators (IC2 bzw. /Cl) Schützspule abfallen, die die Unterbrechung der Spansind mit den Eingängen eines Antivalenzgatters 60 nungsversorgung über in allen Steuerleitungen ange- (ICA) verbunden, dessen Ausgangssignal derart ordnete Schützkontakte gemeinsam auslöst. Die vorlieauf die Eingangsspannung (Uf) der elektroni- gende Anmeldung ist auf einen Gegenstand gemäß der sehen Schaltung einwirkt, daß bei ungleichen DE-OS 31 17 338 nicht gerichtet.
Eingangssignalen am Antivalenzgatter (ICA) Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische die Inbetriebnahme der Sicherheitseinrichtung 65 Schaltung für eine Sicherheitseinrichtung der eingangs verhindert wird. genannten Art so auszugestalten, daß sie einen leichten

Abgleich ermöglicht und eine hohe Zuverlässigkeit auf-2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- weist.