DE3642233C2 - Einrichtung für die Selbstüberwachung von Relaiskontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Selbstüber­ wachung von Relaiskontakten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wenn ein Sicherheitskreis, z. B. der in der Druckschrift: Schweizerische Blätter für Arbeitssicherheit Nr. 112/1973, Seiten 61 bis 63 beschriebenen Art, ein Relais aufweist, das z. B. den Schütz eines Antriebes oder das Ventil einer Hydrau­ lik oder Pneumatik zum Abfallen bringt oder den Antrieb selbst abschaltet, wird aus Sicherheitsgründen für jedes Relais ein redundantes zweites Relais gefordert, das die Funktion des Relais übernimmt, wenn dieses fehlerhaft arbeitet, was beispielsweise dadurch gesche­ hen kann, daß der Schaltkontakt des Relais verschweißt oder verklebt oder bricht. Ein Nachteil besteht dabei jedoch darin, daß dann, wenn das eine Relais ausfällt und das redundante Relais die Funktion des ausgefallenen Relais übernommen hat, die Sicherheitsschaltung zwar noch fehlerfrei arbeitet, die Redundanz jedoch nicht mehr gegeben ist. Dieser Zustand, in dem die Sicher­ heitsschaltung bei nicht mehr gegebener Redundanz feh­ lerfrei arbeitet, ist für Außenstehende nicht erkennbar. Dies bedeutet, daß dann, wenn auch das zweite Relais fehlerhaft wird, die gesamte Sicherheitsschaltung aus­ fällt. Dadurch entstehen dann erhebliche Nachteile bezüglich der Sicherheit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine äußerst einfache und preiswert herstellbare Einrichtung zur Überwachung von Relaiskontakten anzuge­ ben, durch die automatisch der Zustand erfaßt wird, in dem ein Relais funktionsunfähig geworden ist und das vorgesehene redundante Relais die Funktion dieses funk­ tionsunfähigen Relais übernommen hat, d. h. also, in dem der Sicherheitskreis zufriedenstellend arbeitet, die geforderte Redundanz jedoch nicht mehr gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits genannte Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relais­ kontakten gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gekenn­ zeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrich­ tung besteht darin, daß sie äußerst einfach und daher kostengünstig realisierbar ist. So können als Relais handelsübliche Relais mit einem Wechselkontakt verwendet werden.

Insbesondere wird die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten in Sicherheits­ schaltungen für die Schließkantensicherung (Scher- und Quetschstellung) an Vorrichtungen, wie Hebebühnen, automatischen Türen und Toren , Schleusen im OP-Bereich, OP-Tischen, Werkzeugmaschinen und Stanzen, vorteilhaft angewendet. Bei diesen Vorrichtungen ist ein sicheres Abschalten unumgänglich. Die nicht erkennbare, fehlende Redundanz der Sicherheitsschaltungen des Standes der Technik könnte sich daher bei derartigen Vorrichtungen fatal auswirken.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestal­ tungen im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Schaltung zur Erzeugung eines Fehlersignales bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten und

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

In der Fig. 1 ist ein erstes Relais mit 1 bezeichnet. Dieses Relais betätigt einen Schaltkontakt 2. Ein zum ersten Relais 1 redundantes Relais 3 betätigt einen Schaltkontakt 4. Von der Seite der Ausgangsanschlüsse A, B aus gesehen sind die Schaltkontakte 2, 4 der Relais 1, 3 in Reihe geschaltet, so daß gemäß der bestehenden, bekannten Sicherheitsforderung dann, wenn beispielsweise der Schaltkontakt 2 des Relais 1 nach dem Entregen des Relais 1 infolge einer Fehlfunktion nicht abfällt, so daß die Verbindung zwischen den Punkten 1A und 1B des Relais bestehen bleibt, der Schaltkontakt 4 des gleich­ zeitig entregten redundanten Relais 3 abfällt, so daß die Verbindung zwischen den Punkten 3A und 3B dieses Relais, d. h. also auch die Verbindung zwischen den An­ schlußpunkten A und B der Sicherheitsschaltung unter­ brochen wird. An die Anschlußpunkte A, B ist ein Antriebs­ element oder eine Steuereinheit angeschlossen, das durch Erregung der Relais 1, 3 zur Funktion freigegeben wird oder direkt in Betrieb gesetzt wird. Bei dem Antriebs­ element kann es sich z. B. um den Antrieb einer Hebebüh­ ne, einer automatischen Tür, einer Schleuse im OP- Bereich, eines OP-Tisches oder von Werkzeugmaschinen und Stanzen handeln. Dabei werden nach eingeschaltetem Antrieb die Relais 1, 3 automatisch beispielsweise durch eine Schließkantensicherung oder dergl. abgeschaltet.

Gemäß Fig. 1 ist der Schaltkontakt 2 des Relais 1 bzw. der Schaltkontakt 4 des Relais 3 an einem Punkt 1A bzw. 3A kippbar bzw. ausschwenkbar, wie dies bei handelsüb­ lichen Relais der Fall ist, wobei die Punkte 1A und 3A elektrisch miteinander verbunden sind. Wenn die Relais 1 und 3 erregt sind, liegen die Schaltkontakte 2 und 4 an den Punkten 1B bzw. 3B an, wobei dann eine elektrische Verbindung vom Anschlußpunkt A zum Anschlußpunkt B über die Punkte 3B, 3A, 1A und 1B besteht.

Um nun sicherzustellen, daß der zuvor beschriebene Zustand, in dem die Redundanz der Sicherheitsschaltung (Lastkreis) verloren gegangen ist, angezeigt wird, ist die vorlie­ gende Einrichtung zur Selbstüberwachung der Relaiskon­ takte vorgesehen, die in der folgenden Weise aufgebaut ist. Die Punkte 1C und 3C der Relais 1 und 3, an denen der Schaltkontakt 2 bzw. 4 im entregten Zustand der Relais 1 bzw. 4 anliegen, sind über eine Spannungsquelle 5 und einen dazu in Reihe geschalteten Signalgeber 6 miteinander verbunden. Dies bedeutet, daß dann, wenn das Relais 1 und das dazu redundante Relais 3 entregt sind, so daß der Schaltkontakt 2 eine Verbindung zwischen den Punkten 1A und 1C des Relais 1 und der Schaltkontakt 4 eine Verbindung zwischen den Punkten 3A und 3C des redundanten Relais 3 herstellen, der Kreis der vorlie­ genden Einrichtung zur Selbstüberwachung geschlossen ist. Der Signalgeber 6 erzeugt dann an seinem Ausgang C ein wahrnehmbares Signal, das darauf hinweist, daß die Sicherheitsschaltung fehlerfrei arbeitet. Dieses Signal muß dann zur Auswertung vorliegen, wenn die Relais 1 und 3 entregt sind, z. B. wenn eine Schließkante eines Tores auf ein Hindernis fährt. Wenn dagegen einer der Schalt­ kontakte 2 oder 4 infolge eines Funktionsfehlers nach dem Entregen des Relais 1 und des redundanten Relais 3 nicht in seine Ruhelage zurückkehrt, bleibt der Überwachungskreis der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung unterbrochen, so daß im entregten Zustand der Relais 1 und 3 am Ausgang C des Signalgebers 6 ein Fehlersignal erzeugt wird, das anzeigt, daß einer der Schaltkontakte 2, 4 fehlerhaft arbeitet bzw. daß die Redundanz der Sicherheitsschaltung verloren gegangen ist.

Als Signalgeber 6 eignet sich beispielsweise der in der Fig. 1 dargestellte Optokoppler, der aus einem lichte­ mittierenden Element, beispielsweise einer Fotodiode 6A, und durch Licht betätigten Element, beispielsweise einem Fototransistor 6B, besteht. Normalerweise wird, wenn die Relais 1 und 3 entregt sind, die im Kreis der vorliegen­ den Einrichtung zur Selbstüberwachung angeordnete Foto­ diode 6A erregt, weil der Kreis der Einrichtung zur Selbstüberwachung geschlossen ist. Der beleuchtete Fototransistor 6B, dessen einer Anschluß mit Masse verbunden ist, und dessen anderer Anschluß über einen Widerstand an einem Betriebspotential liegt, wird dann durchgeschaltet, weshalb am Ausgang C, der mit dem Verbindungs­ punkt zwischen dem Fototransistor 6B und dem Wider­ stand 8 verbunden ist, Erdpotential anliegt. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Ausgang C beispielsweise mit dem einen Anschluß einer Signallampe 7 verbunden ist, deren anderer Anschluß geerdet ist, die Signal­ lampe 7 nicht aufleuchtet. Es wird also, "kein Fehler" angezeigt. Wenn dagegen im entregten Zustand der Relais 1 und 3 einer der Schaltkontakte 2 bzw. 4 funktionsunfä­ hig ist, weil er z. B. am Punkt 1B bzw. 3B verklebt oder verschweißt ist, wird der Überwachungskreis der vorliegenden Ein­ richtung unterbrochen, so daß die Fotodiode 6A nicht erregt wird. Der dann gesperrte Fototransistor 6B bewirkt, daß am Ausgang C des Signal­ gebers 6 eine die Signallampe 7 erregende Spannung anliegt. Die erregte Lampe 7 zeigt dann den Zustand an, in dem die Redundanz der Sicherheitsschaltung verloren gegangen ist.

Durch das im Falle der verlorengegangenen Redundanz am Ausgang C des Signalgebers 6 erzeugte Fehlersignal wird veranlaßt, daß beide Relais 1 und 3 sofort abgeschaltet werden. Es kann auch dafür Sorge getragen werden, daß das im Schaltkreis angeordnete Antriebselement bzw. die dort vorgesehene Steuereinheit durch das Fehlersignal abgeschaltet wird.

Die Spannungsquelle wird vorzugsweise durch die Ausgänge einer, vorzugsweise einer primärseitig vorgesehenen Zusatzwicklung eines Transformators 10 nachgeschalteten Gleichrichterschaltung gebildet. Die Primärwicklung des Transformators 10 ist mit dem Netz verbunden. Eine oder zwei Sekundärwicklungen des Transformators 10 erzeugen die Betriebsspannungen für die Relais 1, 3, den Signal­ geber 6 und gegebenenfalls für weitere Elektronikelemen­ te.

Im folgenden wird nun im Zusammenhang mit der Fig. 2 die Arbeitsweise der von einer Schaltleiste 11 aus in an sich bekannter Weise über zwei Kanäle I und II angesteu­ erten Relais 1 und 3 sowie der die Abschaltung der Relais 1 und 3 bewirkenden Störerkennungseinrichtung 12 erläutert. Die Schaltleiste 11, deren Kontakt 11A bei­ spielsweise einer Quetschstelle einer Schließkantensi­ cherung eines Tores entspricht, das durch ein an die Anschlußpunkte A und B angeschaltetes Antriebselement angetrieben wird, ist über einen Signalübertrager 13 mit einer Komparator- und Verknüpfungseinrichtung 14 verbun­ den. Diese an sich ebenfalls bekannte Komparator- und Verknüpfungseinrichtung 14 weist zwei Kanäle I und II auf, von denen jeweils ein Kanal einem Relais 1 bzw. 3 zugeordnet ist. Gemäß Fig. 2 sind der Kanal I dem Relais 1 und der Kanal II dem redundanten Relais 3 zugeordnet. Im Kanal I sind Komparatoren 15A und 15B parallel geschaltet, während im Kanal II Komparatoren 16A und 16B parallel geschaltet sind. Dabei ermitteln in bekannter Weise jeweils die Komparatoren 15A und 16A durch einen Sollwert/Istwert-Vergleich eine Unterbrechung im Signal­ übertrager 13 und/oder eine Unterbrechung in der Schalt­ leiste 11. Die Komparatoren 15B und 16B ermitteln, wie dies ebenfalls bekannt ist, durch einen Sollwert/Ist­ wertvergleich einen in der Schaltleiste 11 beim Kurz­ schließen des Kontaktes 11A und/oder in dem Signalüber­ trager 13 auftretenden Kurzschluß. Der Ausgang des Kanales I ist mit der Relais-Endstufe 17 des Relais 1 verbunden, während der Ausgang des Kanales II mit der Relais-Endstufe 18 des redundanten Relais 3 verbunden ist. Zwischen der Relais-Endstufe 17 und dem Relais 1 ist eine Anzeigeeinrichtung 19 angeordnet, die vorzugs­ weise die Form einer lichtemittierenden Diode aufweist. In ähnlicher Weise ist zwischen dem redundanten Relais 3 und der Relais-Endstufe 18 eine Anzeigeeinrichtung 20 angeordnet, bei der es sich vorzugsweise ebenfalls um eine lichtemittierende Diode handelt. Die lichtemittie­ renden Dioden 19, 20 leuchten auf, wenn das Relais 1 bzw. das Relais 3 über die Relais-Endstufe 17 bzw. 18 angesteuert ist. In der Fig. 2 ist der Signalgeber der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten mit 6 bezeichnet. Der Signalgeber 6 ist in dem im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläuterten weiteren Schaltkreis (Überwachungskreis) enthalten, der zusammen mit der Spannungsquelle 5 an den Punkten 1C und 3C liegt. Die Verbindung zwischen den Punkten 1A und 3A der Relais 1 und 3 ist der Einfachheit halber in Fig. 2 nicht dargestellt.

Der Ausgang C des Signalgebers 6 ist mit einem Eingang einer Schaltung 21 zur Auswertung logischer Verknüpfun­ gen verbunden, die Teil der Komparator- und Verknüp­ fungseinrichtung 14 ist. Weitere zwei Eingänge dieser Schaltung 21 sind mit dem Kanal I bzw. dem Kanal II in der ersichtlichen Weise verbunden. Das Ausgangssignal der Schaltung 21 wird der Störerkennungseinrichtung 12 zugeführt, die zwei Ausgänge aufweist, von denen der eine mit dem Eingang der Relais-Endstufe 17 verbunden ist, zu dem ebenfalls der Kanal I geführt ist, und von denen der andere mit dem Eingang der Relais-Endstufe 18 verbunden ist, zu dem auch der Kanal II geführt ist. Über diese beiden Ausgänge können die Relais-Endstufen 17, 18 zur Abschaltung der Relais 1 und 3 angesteuert werden.

In an sich bekannter Weise ermittelt die Schaltung 21 ein unsynchrones Arbeiten der Kanäle I und II, wie es beispielsweise bei einem Bauteile-Ausfall in dem Kanal I oder II auftreten kann. Im Falle einer Unsynchronizität gibt die Schaltung 21 ein Ausgangssignal an die Störer­ kennungseinrichtung 12, die dann über ihre beiden Aus­ gänge die Relais 1 und 3 abschaltende Potentiale er­ zeugt, die an einen elektronischen Schalter (Transistor) in den Relais-Endstufen 17 bzw. 18 angelegt werden.

In neuartiger Weise wird nun das Fehlersignal am Ausgang C des Signalgebers 6 der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten ebenfalls der um entsprechende Logikelemente erweiterten Schaltung 21 zugeführt, die im Falle eines Fehlersignales, d. h. der verlorengegangenen Redundanz (Überwachungskreis ist unterbrochen, weil ein Schaltkontakt eines Relais 1 bzw. 3 nach der Entregung infolge einer Störung nicht abgefallen ist) ein Ausgangssignal an die Störerkennungseinrichtung 12 anlegt, die darauf hin ein die Entregung der Relais 1, 3 sicherstellendes Signal über ihre beiden Ausgänge an die Relais-Endstufen 17, 18 anlegt. Dabei kann vorteilhafterweise die bei bekannten Anordnungen bereits vorhandene Störerkennungseinrichtung 12 verwendet werden.

Während die bekannte Einrichtung mit den Elementen 11, 13, Kanal I und 15A, 15B, Kanal II und 16A, 16B, 21 und 12 eine Überwachung der Kanäle I und II jeweils nur bis zu den Relais-Endstufen 17, 18 ermöglicht, kann durch die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten, deren Ausgangssignal der Form eines Warnsignales an die Schaltung 21 angelegt wird, erstmals auch die Funktion der Relais-Endstufen 17, 18 und der die Ansteuerung der Relais anzeigenden lichtemittieren­ den Dioden 19, 20 neben der beschriebenen Überwachung der Redundanz erkannt werden.

Mit der Störerkennungsschaltung 12 ist eine Anzeigeein­ richtung 22 verbunden, die im Falle einer erkannten Störung ein Signal zur Abschaltung der Relais 1, 3 abgibt. Vorzugsweise weist diese Anzeigeeinrichtung 22 ebenfalls die Form einer lichtemittierenden Diode auf. Durch den Schalter 23 kann der Störerkennungsschaltung 12 ein Potential bzw. Signal zugeführt werden, das dafür Sorge trägt, daß an den Ausgängen der Störerkennungsschaltung die die Abschal­ tung der Relais 1, 3 bewirkenden Ausgangssignale bzw. - potentiale beseitigt werden, so daß die Einrichtung nach der Beseitigung eines Fehlers im Kanal I oder II und/ oder eines fehlerhaften Relais 1, 3 und der dadurch verlorengegangenen Redundanz wieder in Betrieb genommen wird.

Es ist auch ein Betrieb denkbar, bei dem die Schaltkon­ takte 2, 4 der Relais 1 und 3 im entregten Zustand den Schaltkreis A-B schließen. In diesem Fall ermittelt die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung der Relaiskontakte die verlorengegangene Redundanz der Kontakte der erregten Relais 1 und 3. Dabei arbeitet die vorliegende Einrichtung in der bereits beschriebenen Weise, jedoch mit invertierten Signalen bzw. Potentia­ len.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten, wobei die Schaltkontakte (2, 4) eines ersten Relais (1) und eines zweiten, redundanten Relais (3) jeweils im erregten (oder entregten) Zustand des ersten bzw. zweiten Relais (1, 3) von einem ersten Punkt (1A bzw. 3A) aus eine erste elektrische Verbindung zu einem zweiten Punkt (1B bzw. 3B) herstellen, die ersten Punkte (1A, 3A) elektrisch miteinander verbunden sind, und die zweiten Punkte und die Verbindung zwischen den ersten Punkten (1A, 3A) Teil eines Schaltkreises (Lastkreises) sind, in dem ein bei erregtem (oder entregtem) ersten und zweiten Relais (1, 3) eingeschaltetes Antriebs- oder Steuerelement enthalten ist, daddurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltkontakt (2 bzw. 4) von dem ersten Punkt (1A bzw. 3A) aus im entregten (oder erregten) Zustand des ersten bzw. zweien Relais (1, 3) eine zweite elektrische Verbindung zu einem dritten Punkt (1C bzw. 3C) herstellt, und daß die dritten Punkte (1C, 3C) und die Verbindung zwischen den ersten Punkten (1A, 3A) Teil eines weiteren Schaltkreises (Überwachungskreises) sind, in dem eine Spannungsquelle (5) und ein Signalgeber (6) in Reihe geschaltet sind, der zur Anzeige einer Unterbrechung des weiteren Schaltkreises als Signal der fehlenden Redundanz bei zur Abschaltung des Antriebs- oder Steuerelementes entregtem (oder erregtem) ersten und zweiten Relais (1, 3) eine Unterbrechung zwischen dem ersten Punkt (1A, 3A) und dem dritten Punkt (1C, 3C) des ersten und/oder zweiten Relais (1, 3) anzeigt und ein Fehlersignal für eine Auswerteschaltung (21) erzeugt, die bei fehlender Ansteuerung des ersten und zweiten Relais (1, 3) ein Signal zur Abschaltung des ersten und zweiten Relais (1 3) erzeugt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (6) einen Optokoppler enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als eine Anzeigeeinrichtung (22) eine mit dem Ausgang des Signalgebers (6) verbundene optische und/oder akustische Signalgebereinrichtung vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (21) das Signal zur Abschaltung an eine Störerkennungseinrichtung (12) anlegt, die an zwei Ausgängen jeweils ein Ausgangssignal erzeugt, das einer das erste bzw. zweite Relais (1, 3) ansteuernden Relais- Endstufe (17, 18) zugeführt wird.