DE4441070A1 - Safety switch arrangement for current supply to hazardous working medium equipment - Google Patents

Safety switch arrangement for current supply to hazardous working medium equipment

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Abstract

The safety switch arrangement includes two evaluation channels (2) connecting a source of electrical power to hazard working medium operating equipment, with the connection controlled by a sensor. Each evaluation channel includes a semiconductor actuator (3) connected via two bidirectional supply lines to a series-connected processing unit (4). The first line (5a, 5b) carries switching impulses from the processing unit to the actuator.The second line (6a, 6b) carries test impulses from the processing unit to test the functional ability of the actuator. The operating equipment is not affected by the test impulses since they are short and the inertia of the operating equipment is large. The functional capability of the processing units is also tested by bidirectional lines carrying a test impulses (5) between them.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschalteranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a safety switch arrangement according to the preamble of claim 1.

Derartige Sicherheitsschalteranordnungen werden insbesondere bei gefahrbrin­ genden Arbeitsmitteln eingesetzt. Die Arbeitsmittel können von Arbeitsmaschi­ nen gebildet sein, von denen eine Gefährdung des Bedienpersonals ausgeht. Um eine ungewollte und gegebenenfalls gefahrbringende Aktivierung des Arbeits­ mittels zu verhindern, ist die Zuführung des Sensorsignals zum Arbeitsmittel zweikanalig ausgelegt. Das Sensorsignal kann von einer Lichtschranke geliefert werden, die beispielsweise den Vorraum des Arbeitsmittels überwacht. Ist der Strahlengang der Lichtschranke frei, d. h. es befindet sich keine Person im Strah­ lengang, wird durch das Sensorsignal das Arbeitsmittel eingeschaltet.Such safety switch arrangements are particularly dangerous used equipment. The work equipment can be from work machine NEN are formed, which pose a risk to the operating personnel. Around an unwanted and possibly dangerous activation of work To prevent the supply of the sensor signal to the work equipment designed with two channels. The sensor signal can be supplied by a light barrier be monitored, for example, the vestibule of the work equipment. Is the Beam path of the light barrier free, d. H. there is no person in the beam lengang, the work equipment is switched on by the sensor signal.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Anordnung wird das Sensorsignal dem Arbeitsmittel über zwei Auswertekanäle mit jeweils einem Schalter und einem Aktor zugeführt. Dabei wird das Arbeitsmittel nur dann aktiviert, wenn beide Aktoren aktiviert sind.To increase the operational reliability of the arrangement, the sensor signal is the Work equipment via two evaluation channels, each with a switch and one Actuator fed. The work equipment is only activated if both Actuators are activated.

Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß bei Fehlfunktion innerhalb eines Auswertekanals, beispielsweise durch einen Kurzschluß, das Arbeitsmittel nicht unkontrolliert aktiviert wird.This measure ensures that in the event of a malfunction within a Evaluation channel, for example due to a short circuit, not the work equipment activated uncontrollably.

Eine Sicherheitsschalteranordnung der eingangs genannten Art ist in der DE- OS 42 42 792 beschrieben. Die Aktoren sind bei dieser Anordnung vorzugswei­ se von Relais gebildet. Jedem Relais ist ein steuerbarer Hilfsschalter und ein Hauptschalter vorgeschaltet. Bei Anlegen eines Sensorschließ-Signals ist der Hauptschalter bestimmungsgemäß ebenfalls geschlossen. Der Hilfsschalter wird von einem Testgenerator zur Schaffung einer Testpause in regelmäßigen Zeitab­ ständen zeitversetzt zu dem anderen Hilfsschalter so kurzzeitig geöffnet, daß die dadurch bewirkte kurzzeitige Öffnung des zugeordneten Hauptschalters aufgrund der Trägheit der Relais nicht ausreicht, das angeschlossene Arbeitsmittel außer Betrieb zu setzen.A safety switch arrangement of the type mentioned in the opening paragraph is OS 42 42 792. The actuators are preferred in this arrangement se formed by relays. Each relay is a controllable auxiliary switch and a Main switch upstream. When a sensor closing signal is applied, the Main switch also closed as intended. The auxiliary switch will from a test generator to create a test break at regular intervals would be delayed to the other auxiliary switch so briefly that the this caused the temporary opening of the assigned main switch due to  the inertia of the relays is not sufficient, except for the connected equipment To put operation.

Mittels einer Testschaltung wird während der Testpause überprüft, ob bei Nicht­ öffnung eines Hauptschalters der jeweils andere Hilfsschalter in den Öffnungs­ zustand gesetzt und dauerhaft in diesem gehalten wird. Mittels dieser Anord­ nung ist das Erkennen von Fehlern insbesondere in den beiden Hauptschaltern gewährleistet.By means of a test circuit, it is checked during the test break whether or not opening a main switch the other auxiliary switch in the opening condition and is permanently maintained in it. By means of this arrangement One of the main benefits is the detection of faults in the two main switches guaranteed.

Der zur Realisierung dieser Sicherheitsschalteranordnung erforderliche Schal­ tungsaufwand ist erheblich. Ferner ist die Anordnung hauptsächlich zur Funk­ tionsüberprüfung von Relais konzipiert. Der Einsatz von Relais ist mit dem Nachteil behaftet, daß deren Kontakte verschleißanfällig sind, was häufige Serviceeinsätze mit sich bringt.The scarf required to implement this safety switch arrangement effort is considerable. Furthermore, the arrangement is mainly for radio tion check of relays. The use of relays is with the Disadvantageous that their contacts are susceptible to wear, which is common Service calls.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschalteranordnung so auszubilden, daß diese eine möglichst geringe Verschleißanfälligkeit aufweist und daß diese mit möglichst geringem Schaltungsaufwand vollständig auf ihre Funktionssicherheit überprüfbar ist.The invention is based, so a safety switch assembly the task to train that this has the lowest possible susceptibility to wear and that these are completely on their with the least possible circuitry Functional reliability can be checked.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Zweckmäßige Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-15 beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Appropriate embodiments and advantageous developments of the Erfin tion are described in claims 2-15.

Erfindungsgemäß weisen die Aktoren aus Halbleiterelementen bestehende schalterartige Mittel auf. Diese Halbleiterelemente weisen im Gegensatz zu Relais keine verschleißanfälligen Kontakte auf.According to the invention, the actuators consist of semiconductor elements switch-like means. In contrast, these semiconductor elements point to Relay no contacts susceptible to wear.

Zur Durchführung der Funktionsüberprüfung der Aktoren ist in jedem Aus­ wertekanal eine Rechnereinheit vorgesehen, wobei jede Rechnereinheit über zwei bidirektionale Zuleitungen mit dem Aktor verbunden ist. Die Rechner­ einheiten, die vorzugsweise als Controller ausgebildet sind, können als Stan­ dardprodukte kostengünstig ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand den Aktoren vorgeschaltet werden. In einer Vielzahl von Sensoren sind bereits Rechner­ einheiten zur Steuerung der Sensorfunktionen integriert. In diesem Fall können diese Rechnereinheiten die für die Sicherheitsschalteranordnung notwendigen Funktionen zusätzlich abarbeiten, so daß der Schaltungsaufwand des Sensors weiter reduziert wird.To carry out the function check of the actuators is in each off value channel a computer unit is provided, each computer unit via two bidirectional leads are connected to the actuator. The calculator Units, which are preferably designed as controllers, can be used as stan  dard products inexpensive to the actuators without additional circuitry upstream. Computers are already in use in a large number of sensors Integrated units for controlling the sensor functions. In this case, you can these computer units the necessary for the safety switch arrangement Process functions additionally, so that the circuitry of the sensor is further reduced.

Zur Überwachung der Rechnereinheiten sind diese über eine bidirektionale Zuleitung verbunden.To monitor the computer units, they are bidirectional Supply line connected.

Die komplette Ansteuerung und Funktionsüberwachung der Aktoren erfolgt zentral in den Rechnereinheiten. Damit die Funktionsüberwachung von der Übermittlung der Sensorschaltsignale physikalisch getrennt ist, sind erfindungs­ gemäß zur Übermittlung der Schaltimpulse des Sensors und zur Übermittlung von Testimpulsen zur Funktionsüberprüfung von der Rechnereinheit an den Aktor separate bidirektionale Zuleitungen vorgesehen, was die Funktionssicher­ heit der Anordnung erhöht. Die bidirektionalen Zuleitungen übertragen die Schaltimpulse und Testimpulse nicht nur an den Aktor sondern erhalten von diesem eine Rückmeldung. Aus dieser Rückmeldung werden zusätzlich Informa­ tionen gewonnen, ob die Funktionen des Aktors und der Zuleitungen fehlerfrei sind. Aufgrund der verschiedenen Rückmeldungen können eventuell auftretende Fehler schnell und sicher lokalisiert und klassifiziert werden.The complete control and function monitoring of the actuators takes place centrally in the computer units. So that the function monitoring of the Transmission of the sensor switching signals is physically separated, are fiction according to the transmission of the switching pulses of the sensor and for transmission of test impulses for the function check from the computer unit to the Actuator provided separate bidirectional supply lines, which makes the function reliable increased the arrangement. The bidirectional feed lines transmit the Switching impulses and test impulses not only to the actuator but also received by this a feedback. This feedback also turns into informa tion won whether the functions of the actuator and the supply lines are error-free are. Due to the various feedback, any that may occur Errors can be localized and classified quickly and safely.

Zur Funktionsüberprüfung der Sicherheitsschalteranordnung werden von den Rechnereinheiten kurzzeitig die Schaltzustände geändert und die Rückmeldun­ gen in die Rechnereinheiten dahin überprüft, ob die Funktionen der Auswerteka­ näle und der Aktoren fehlerfrei sind. Diese Änderung der Schaltzustände erfolgt so kurzzeitig, daß sich der Betriebszustand des Arbeitsmittels nicht ändert, d. h. der Betrieb des Arbeitsmittels wird durch die Funktionsüberprüfung nicht beein­ trächtigt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Parameter der Funktionsüberprüfung über die Rechnereinheiten einfach einstellbar sind. To check the function of the safety switch arrangement, the Computer units briefly changed the switching states and the feedback Checked in the computer units whether the functions of the evaluation channels and the actuators are error-free. This change in the switching states takes place so briefly that the operating condition of the work equipment does not change, d. H. the function check does not affect the operation of the work equipment is pregnant. Another advantage of this arrangement is that the parameters the function check can be easily set via the computer units.  

Vorteilhafterweise sind die bidirektionalen Zuleitungen gemäß Anspruch 2 von jeweils einer Signalleitung zum Aktor und von einer Rückleseleitung, die zur Rechnereinheit führt, gebildet.Advantageously, the bidirectional feed lines according to claim 2 of one signal line each to the actuator and one read-back line to the Computer unit leads, formed.

Gemäß einer Anspruch 3 ist die Rückleseleitung eines Auswertekanals nicht nur zu der Rechnereinheit des entsprechenden Auswertekanals sondern auch auf die zweite Rechnereinheit geführt. Dadurch kann ein Querschluß der Auswertekanä­ le auf einfache Weise erkannt werden.According to claim 3, the read-back line of an evaluation channel is not only to the computer unit of the corresponding evaluation channel but also to the led second computer unit. This can result in a short circuit in the evaluation channel le can be easily recognized.

Gemäß Anspruch 4 ist die Hardware der Rechnereinheiten identisch aufgebaut, so daß diesbezüglich eine homogene Redundanz geschaffen ist. Entsprechend sind in den Rechnereinheiten die Steuerprogramme unterschiedlich ausgebildet, so daß die Software der Rechnereinheiten diversitär ausgebildet. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein in den Rechnereinheiten identisch auftretender Fehler nicht erkannt wird.According to claim 4, the hardware of the computer units is constructed identically, so that homogeneous redundancy is created in this regard. Corresponding the control programs are designed differently in the computer units, so that the software of the computer units is diversified. To this This prevents an identically occurring one in the computer units Error is not detected.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate

Fig. 1 Ein Blockschaltbild der Sicherheitsschalteranordnung, Fig. 1 is a block diagram of the safety switch assembly,

Fig. 2 Bin Blockschaltbild des Aktors, Fig. 2 Bin block diagram of the actuator,

Fig. 3 Bin Impulsdiagramm der Signalzustände der bidirektionalen Zulei­ tungen, Fig. 3 Bin timing chart of signal states of the bidirectional Zulei obligations,

  • a) bei inaktivem Zustand des Sensorsa) when the sensor is inactive
  • b) bei aktivem Zustand des Sensors.b) when the sensor is active.

In Fig. 1 zeigt eine Sicherheitsschalteranordnung 1 zum Ein- und Ausschalten der Stromversorgung eines nicht dargestellten Arbeitsmittels. Das Ein- und Ausschalten des Arbeitsmittels erfolgt mittels eines Sensorsignals S. Der Sensor ist vorzugsweise als Lichtschranke ausgebildet, in dessen Gehäuse die komplette Sicherheitsschalteranordnung integriert ist.In Fig. 1 1 shows a safety switch arrangement for switching on and off the power supply of a working fluid, not shown. The work equipment is switched on and off by means of a sensor signal S. The sensor is preferably designed as a light barrier, in the housing of which the complete safety switch arrangement is integrated.

Der Sensor kann beispielsweise zur Überwachung eines Schutzfeldes im Bereich des Arbeitsmittels eingesetzt werden. Er weist zwei Signalzustände auf, nämlich Schutzfeld frei (Sensor aktiv) und Schutzfeld nicht frei (Sensor inaktiv).The sensor can be used, for example, to monitor a protective field in the area of the work equipment. It has two signal states, namely Protective field free (sensor active) and protective field not free (sensor inactive).

Das binäre Sensorsignal S wird den beiden Auswertekanälen 2 der Sicherheits­ schalteranordnung 1 zugeführt. In jedem Auswertekanal ist ein Aktor 3 mit aus Halbleiterelementen bestehenden schalterartigen Mitteln vorgesehen. Dem Aktor 3 ist eine Rechnereinheit 4 vorgeschaltet, die als Controller, vorzugsweise als Microcontroller, ausgebildet ist.The binary sensor signal S is fed to the two evaluation channels 2 of the safety switch arrangement 1 . In each evaluation channel, an actuator 3 is provided with switch-like means consisting of semiconductor elements. A computer unit 4 , which is designed as a controller, preferably as a microcontroller, is connected upstream of the actuator 3 .

Die Rechnereinheiten 4 sind über eine bidirektionale Zuleitung 5 gekoppelt. Die bidirektionale Zuleitung 5 ist in Form zweier Handshake-Leitungen ausgebildet. Die Hardware der Controller ist identisch aufgebaut, während deren Software unterschiedlich ausgebildet ist. Bezüglich der Hardware sind die Controller demzufolge homogen redundant aufgebaut, während die Software diversitär ausgebildet ist. Die Ein- und Ausgangssignale liegen bei den Controllern auf unterschiedlichen Schnittstellenelementen (Ports). Auf diese Weise ist gewähr­ leistet, daß Systemfehler, beispielsweise Fertigungsfehler, die in den beiden Controllern gleichermaßen vorhanden sind, bei deren Betrieb sofort in den Rechnereinheiten 4 aufgrund des unterschiedlichen Ansprechverhaltens der Rechnereinheiten 4 aufgedeckt werden. Hierzu wird fortlaufend eine gegen­ seitige Abfrage der Rechnereinheiten 4 über die Handshake-Leitungen durch­ geführt.The computer units 4 are coupled via a bidirectional feed line 5 . The bidirectional supply line 5 is designed in the form of two handshake lines. The hardware of the controllers is identical, while their software is designed differently. As far as the hardware is concerned, the controllers are therefore of a homogeneous redundant design, while the software is diversified. The input and output signals of the controllers are on different interface elements (ports). In this way it is ensured that system errors, for example manufacturing errors, which are equally present in the two controllers, are immediately detected during their operation in the computer units 4 due to the different response behavior of the computer units 4 . For this purpose, a mutual query of the computer units 4 is continuously carried out via the handshake lines.

Zur Funktionsüberprüfung des Aktors 3 ist diese mit der Rechnereinheit 4 über zwei bidirektionale Zuleitungen 5a, 5b und 6a, 6b gekoppelt. Über die erste Zu­ leitung 5a, 5b werden rücklesbar die Schaltimpulse, die dem aktuellen Signalzu­ stand des Sensors entsprechen, an den Aktor 3 übertragen. Über die zweite Zuleitung 6a, 6b werden Testimpulse an den Aktor 3 zu dessen Funktionsüber­ prüfung übertragen. Die bidirektionalen Zuleitungen 5a, 5b, 6a, 6b bestehen jeweils aus einer Signalleitung 5a, 6a zur Übertragung von Informationen an den Aktor 3 und einer Rückleseleitung 5b, 6b zur Rückmeldung vom Aktor 3 an die Rechnereinheit 4. Von jeder Rückleseleitung 5b, 6b zweigt eine zweite Rückleseleitung 6c zur Rechnereinheit 4 des jeweils anderen Auswertekanals 2 ab. Durch Auswertung der über die Rückleseleitung 6c eintreffenden Informa­ tion können Querschlüsse zwischen verschiedenen Leitungen erkannt werden.To check the function of the actuator 3 , it is coupled to the computer unit 4 via two bidirectional supply lines 5 a, 5 b and 6 a, 6 b. Via the first line 5 a, 5 b, the switching pulses, which correspond to the current signal state of the sensor, are read back to the actuator 3 . Test pulses are transmitted to the actuator 3 via the second feed line 6 a, 6 b for its function check. The bidirectional supply lines 5 a, 5 b, 6 a, 6 b each consist of a signal line 5 a, 6 a for transmitting information to the actuator 3 and a read-back line 5 b, 6 b for feedback from the actuator 3 to the computer unit 4 . A second read-back line 6 c branches off from each read-back line 5 b, 6 b to the computer unit 4 of the respective other evaluation channel 2 . By evaluating the information arriving via the read-back line 6 c, cross-circuits between different lines can be recognized.

Jeder Aktor 3 weist einen Schaltausgang 7 auf. Nur wenn beide Schaltausgän­ ge 7 aktiv sind, d. h. wenn beide Schaltausgänge 7 den Signalzuständen "Schalt­ feld frei" des Sensors entsprechen, wird das Arbeitsmittel eingeschaltet.Each actuator 3 has a switching output 7 . The work equipment is only switched on when both switching outputs 7 are active, ie when both switching outputs 7 correspond to the signal states "switching field free" of the sensor.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Aktors 3 dargestellt. Der Aktor 3 weist einen Transistor 8 auf, der das schalterartige Mittel bildet. Dieser Transistor 8 ist als PNP-Transistor ausgebildet und mit einem zweiten Transistor 9 zur Funktionsüberwachung, der als NPN-Transistor ausgebildet ist, in Reihe ge­ schaltet. Der Schaltausgang 7 zweigt von der Zuleitung zwischen den beiden Transistoren 8, 9 ab. Das schalterartige Mittel ist über einen Widerstand 10 und eine Sicherung 10′ an die Versorgungsspannung UB angeschlossen, der zweite Transistor 9 ist über einen Widerstand 11 auf das Massepotential GND geführt.In Fig. 2 is a block diagram of an actuator 3 is shown. The actuator 3 has a transistor 8 , which forms the switch-like means. This transistor 8 is designed as a PNP transistor and connected in series with a second transistor 9 for function monitoring, which is designed as an NPN transistor. The switching output 7 branches off from the supply line between the two transistors 8 , 9 . The switch-like means is connected via a resistor 10 and a fuse 10 'to the supply voltage U B , the second transistor 9 is connected via a resistor 11 to the ground potential GND.

Zum Anschluß der Signalleitungen 5a, 6a weist der Aktor 3 Empfangselemente 12, 13 auf, die von NPN-Transistoren aufweisenden Optokopplern gebildet sind. Das Empfangselement 12 zum Anschluß der Signalleitung 5a zur Übertragung der Schaltimpulse ist über einen Widerstand 14 an die Versorgungsspannung UB angeschlossen und über einen Widerstand 15 mit dem schalterartigen Mittel ver­ bunden. Das Empfangselement 13 zum Anschluß der Signalleitung 6a zur Funktionsüberprüfung der Aktoren 3 ist über einen Widerstand 16 an den NPN- Transistor 9 angeschlossen und über einen zweiten Widerstand 17 auf das Massepotential GND geführt.To connect the signal lines 5 a, 6 a, the actuator 3 has receiving elements 12 , 13 , which are formed by NPN transistors having optocouplers. The receiving element 12 for connecting the signal line 5 a for transmitting the switching pulses is connected to the supply voltage U B via a resistor 14 and connected via a resistor 15 to the switch-like means. The receiving element 13 for connecting the signal line 6 a to check the function of the actuators 3 is connected via a resistor 16 to the NPN transistor 9 and is connected to the ground potential GND via a second resistor 17 .

Zum Anschluß der Rückleseleitungen 5b, 6b, weist der Aktor 3 Sendeelemente auf, die von Optokopplern 18, 19 gebildet sind. Dem Optokoppler 18 für die erste Rückleseleitung 5b ist ein Widerstand 20 und ein PNP-Transistor 21 vorgeschaltet, dessen Basis über einen weiteren Widerstand 22 auf die Zuleitung zwischen dem Widerstand 10 und dem schalterartigen Mittel geführt ist.For connecting the read-back lines 5 b, 6 b, the actuator has 3 transmission elements which are formed by optocouplers 18 , 19 . A resistor 20 and a PNP transistor 21 are connected upstream of the optocoupler 18 for the first read-back line 5 b, the base of which is led via a further resistor 22 to the supply line between the resistor 10 and the switch-like means.

Der zweite Optokoppler 19 ist über einen NPN-Transistor 23, auf dessen Basis ein Widerstand 24 geführt ist, mit dem Massepotential GND verbunden. Der Widerstand 24 ist auf die Zuleitung zwischen dem Widerstand 11 und dem Transistor 9 geführt. Dem Optokoppler 19 ist ein Widerstand 25 vorgeschaltet, der auf die Versorgungsspannung UB geführt ist.The second optocoupler 19 is connected to the ground potential GND via an NPN transistor 23 , on the basis of which a resistor 24 is guided. The resistor 24 is connected to the supply line between the resistor 11 and the transistor 9 . A resistor 25 , which leads to the supply voltage U B , is connected upstream of the optocoupler 19 .

Die Funktion der Sicherheitsschalteranordnung 1 wird im folgenden anhand der Impulsdiagramme (Fig. 3a, b) erläutert. Fig. 3a zeigt den Fall, daß der Sensor im inaktiven Zustand ist, Fig. 3b zeigt dem Fall, daß der Sensor im aktiven Zustand ist.The function of the safety switch arrangement 1 is explained below using the pulse diagrams ( Fig. 3a, b). Fig. 3a shows the case that the sensor is in the inactive state, Fig. 3b shows the case that the sensor is in the active state.

Das schalterartige Mittel des Aktors 3 wird über den Transistor 12 angesteuert. Der das Empfangselement bildende Transistor des Empfangselements 12 wieder­ um wird über die Rechnereinheit 4 über die Signalleitung 5a angesteuert. Wird über diese Signalleitung 5a der Signalzustand "Sensor inaktiv" übertragen, reicht die am Transistor des Empfangselements 12 anliegende Spannung nicht aus, damit der das schalterartige Mittel bildende Transistor 8 leitend wird, so daß der Schaltausgang 7 ebenfalls inaktiv bleibt. Dieser Fall ist als Anfangsbedingung im 1. Zeitintervall in Fig. 3a dargestellt, wobei der Signalzustand "0" dem Signalzustand "inaktiv" entspricht.The switch-like means of the actuator 3 is controlled via the transistor 12 . The transistor forming the receiving element of the receiving element 12 is again driven by the computer unit 4 via the signal line 5 a. Is transmitted a signal state "inactive sensor" on this signal line 5, the voltage applied to the transistor of the receiving element 12 tension is insufficient, so that the the switch-like means forming transistor becomes conducting 8, so that the switching output 7 also remains inactive. This case is shown as an initial condition in the first time interval in FIG. 3a, the signal state "0" corresponding to the signal state "inactive".

Gleichzeitig wird von der Rechnereinheit 4 während des Zeitintervalls "1" die Signalleitung 6a aktiviert. Die Rückleseleitungen 5b, 6b bleiben während des Zeitintervalls "1" inaktiv.At the same time, the signal line 6 a is activated by the computer unit 4 during the time interval “1”. The readback lines 5 b, 6 b remain inactive during the time interval "1".

Wird der Sensor in den aktiven Zustand versetzt, wird von der Rechnereinheit 4 der Signalzustand "1" über die Signalleitung 5a an den Transistor des Emp­ fangselements 12 übertragen, wodurch der Transistor 8 leitend wird und der Schaltausgang 7 aktiviert wird (Fig. 3b, 1. Zeitintervall).If the sensor is switched to the active state, the computer state 4 transmits the signal state "1" via the signal line 5 a to the transistor of the receiving element 12 , as a result of which the transistor 8 becomes conductive and the switching output 7 is activated ( FIG. 3b, 1st time interval).

Gleichzeitig wird die Signalleitung 6a über die Rechnereinheit inaktiviert, die Rückleseleitungen 5b, 6b bleiben ebenfalls im inaktiven Zustand.At the same time, the signal line 6 a is deactivated via the computer unit, the read-back lines 5 b, 6 b also remain in the inactive state.

Die Signalzustände im Zeitintervall "1" und ebenso in den Zeitintervallen "7" und "8" in Fig. 3a, b entsprechen dem Normalbetrieb der Sicherheitsschalter­ anordnung 1. Mit Hilfe des Widerstands 10 kann der Strom durch den Transi­ stor 8 überwacht werden. Übersteigt der Spannungsabfall am Widerstand 10 die Basis-Emitterspannung am Transistor 21 wird dieser leitend, wodurch ein Kurz­ schluß bewirkt werden kann. Dies wird durch einen Signalwechsel am Opto­ koppler 18 über die Rückleseleitung 5b an die Rechnereinheit 4 zurückgemeldet.The signal states in the time interval "1" and also in the time intervals "7" and "8" in FIG. 3a, b correspond to the normal operation of the safety switch arrangement 1 . With the help of the resistor 10 , the current through the Transi stor 8 can be monitored. If the voltage drop across resistor 10 exceeds the base-emitter voltage at transistor 21 , this becomes conductive, which can cause a short circuit. This is accomplished by a signal change at the optical coupler 18 via the feedback line 5 b reported back to the computer unit. 4

Um ein eventuelles gleichzeitiges Versagen der in Reihe geschalteten Transisto­ ren 8, 9 aufgrund von Überspannung und Überstrom aufdecken zu können, sind diese komplementär geschaltet, d. h. ein Transistor 8 oder 9 ist leitend während der andere Transistor 9 oder 8 sperrt.In order to be able to detect a possible simultaneous failure of the series-connected transistors 8 , 9 due to overvoltage and overcurrent, these are complementary, ie one transistor 8 or 9 is conductive while the other transistor 9 or 8 blocks.

Zur weiteren Funktionsüberprüfung ist die Sicherung 10′ in der Schaltungs­ anordnung des Aktors 3 vorgesehen. Im Falle des Versagens des Transistors 8 wird die Sicherung 10′ durch Einschalten des Transistors 9 zum Ansprechen gebracht, wodurch der Schaltausgang 7 inaktiviert wird, d. h. in den sicheren Zustand übergeht, da dadurch das Arbeitsmittel ausgeschaltet wird. In diesem Zustand wird der Schaltausgang 7 bis zum Abschalten der Versorgungsspan­ nung UB gehalten.For further functional testing, the fuse 10 'is provided in the circuit arrangement of the actuator 3 . In the event of failure of the transistor 8 , the fuse 10 'is activated by switching on the transistor 9, as a result of which the switching output 7 is inactivated, ie passes into the safe state, since this switches off the working fluid. In this state, the switching output 7 is held until the supply voltage U B is switched off .

Die vorgenannten Funktionsprüfungen erfolgen fortlaufend während der gesam­ ten Betriebsdauer der Sicherheitsschalteranordnung 1. Zusätzlich sind zyklische Funktionsüberprüfungen vorgesehen, die in den Fig. 3a, b in den Zeitinter­ vallen "2" bis "6" dargestellt sind.The aforementioned functional tests are carried out continuously during the entire operating time of the safety switch arrangement 1 . In addition, cyclic function checks are provided, which are shown in FIGS . 3a, b in the time intervals "2" to "6".

Zur zyklischen Funktionsüberwachung werden die Signalzustände der Signallei­ tungen 5a, 6a kurzzeitig geändert. Die einzelnen Zeitintervalle "2" bis "6" liegt im Bereich von 50-150 µs. Diese Zeitintervalle sind somit so kurz, daß die in­ nerhalb dieser Intervalle durchgeführten Änderungen der Signalleitungen 5a, 6b aufgrund der Trägheit des Arbeitsmittels keine Änderung dessen Betriebszustan­ des bewirken können. Die Wiederholdauer der zyklischen Funktionsüberwa­ chung liegt im Bereich 5-15 ms, vorzugsweise beträgt sie 10 ms. Besonders vorteilhaft ist, daß die zyklische Funktionsüberwachung von den Rechnereinhei­ ten 4 gesteuert wird. Über die Software in den Rechnereinheiten 4 kann die Wiederholdauer der zyklischen Funktionsüberwachung variiert werden, bei­ spielsweise um eine Überlastung der Rechnereinheiten 4 zu vermeiden. Die Variation der Wiederholdauer erfolgt zweckmäßigerweise durch Einfügen von Pausen zwischen den einzelnen Testabschnitten (Zeitintervalle "2" bis "6" in Fig. 3a, 3b).For cyclical function monitoring, the signal states of the signal lines 5 a, 6 a are briefly changed. The individual time intervals "2" to "6" are in the range of 50-150 µs. These time intervals are thus so short that the changes in the signal lines 5 a, 6 b carried out within these intervals can cause no change in the operating state of the working medium due to the inertia of the working medium. The repetition time of the cyclic function monitoring is in the range 5-15 ms, preferably it is 10 ms. It is particularly advantageous that the cyclical function monitoring is controlled by the computer units 4 . The repetition time of the cyclical function monitoring can be varied via the software in the computer units 4 , for example in order to avoid overloading the computer units 4 . The repetition time is expediently varied by inserting pauses between the individual test sections (time intervals "2" to "6" in FIGS . 3a, 3b).

In Fig. 3a ist in den Zeitintervallen "2" bis "6" die zyklische Funktionsüber­ wachung für den Signalzustand "Sensor inaktiv" im fehlerfreien Fall dargestellt. Im normalen Betriebszustand (Zeitintervall "1") ist die Signalleitung 5a inaktiv, die Signalleitung 6a aktiv, während die Rückleseleitungen 5b, 6b inaktiv sind. Während der Zeitintervalle "2, 3" erfolgt die Funktionsüberprüfung des ersten Auswertekanals 2, wonach eine Pause (Zeitintervall "4") folgt. Danach findet während der Zeitintervalle "5, 6" die Funktionsüberprüfung des zweiten Aus­ wertekanals 2 statt. Abschließend arbeitet die Sicherheitsschalteranordnung 1 wieder im Normalbetrieb (Zeitintervalle "7, 8") bis die zyklische Funktionsüber­ prüfung von neuem gestartet wird.In Fig. 3a, in the time intervals "2" to "6", the cyclic function monitoring for the signal state "sensor inactive" is shown in the error-free case. In the normal operating state (time interval "1"), the signal line 5 a is inactive, the signal line 6 a is active, while the read-back lines 5 b, 6 b are inactive. The function check of the first evaluation channel 2 takes place during the time intervals "2, 3", followed by a pause (time interval "4"). Then the function check of the second evaluation channel 2 takes place during the time intervals “5, 6”. Finally, the safety switch arrangement 1 operates again in normal operation (time intervals "7, 8") until the cyclical function check is started again.

Im Zeitintervall "2" wird neben der Signalleitung 6a auch die Signalleitung 5a kurzzeitig aktiviert, wodurch im fehlerfreien Betrieb die Rückleseleitungen 5b, 6b aktiviert werden. Durch diesen Test wird die Versorgungsspannung UB oder ein Schluß gegen Masse (GND) überprüft. Zudem kann eine fehlerhafte Rück­ meldung der Rückleseleitungen 5b, 6b durch einen Querschluß zwischen den Auswertekanälen bedingt sein. Desweiteren kann im Fehlerfall ein Fehler direkt in den Rückleseleitungen 5b, 6b oder den Sendeelementen vorliegen. In the time interval "2", in addition to the signal line 6 a, the signal line 5 a is briefly activated, as a result of which the read-back lines 5 b, 6 b are activated in error-free operation. This test checks the supply voltage U B or a short to ground (GND). In addition, an erroneous message can return the readback conduits 5 b, 6 b by a cross connection between the evaluation channels due be. Can, furthermore, in case of failure an error b directly in the read-back lines 5, 6, or b present the transmitting elements.

Im Zeitintervall "3" wird die Signalleitung 5a aktiviert, die Signalleitung 6a deaktiviert. Im fehlerfreien Fall sind die Rückleseleitungen 5b, 6b inaktiv. Wird im Fehlerfall die Rückleseleitung 5b aktiv, liegt ein Fehler im Transistor 13 vor oder der Schaltausgang 7 ist gegen Masse (GND) kurzgeschlossen.In the time interval "3", the signal line 5 a is activated, the signal line 6 a is deactivated. In the error-free case, the read-back lines 5 b, 6 b are inactive. If the read-back line 5 b becomes active in the event of an error, there is an error in transistor 13 or the switching output 7 is short-circuited to ground (GND).

Im Zeitintervall "4" wird der normale Betriebszustand wie in Zeitintervall "1" eingestellt. Die Dauer dieser Pause kann von den Rechnereinheiten 4 variabel vorgegeben werden.In the time interval "4", the normal operating state is set as in the time interval "1". The duration of this pause can be predetermined by the computer units 4 .

Während der Zeitintervalle "5, 6" erfolgt die Überprüfung des zweiten Aus­ wertekanals 2 auf dieselbe Weise wie für den ersten Auswertekanal.During the time intervals “5, 6”, the second evaluation channel 2 is checked in the same way as for the first evaluation channel.

In Fig. 3b ist in den Zeitintervallen "2" bis "6" die zyklische Funktionsüber­ wachung für den Signalzustand "Sensor aktiv" im fehlerfreien Fall dargestellt.In Fig. 3b, in the time intervals "2" to "6", the cyclical function monitoring for the signal state "sensor active" is shown in the error-free case.

Im normalen Betriebszustand (Zeitintervall "1") ist die Signalleitung 5a aktiv, die Signalleitung 6a inaktiv, während die Rückleseleitungen 5b, 6b inaktiv sind.In the normal operating state (time interval "1"), the signal line 5 a is active, the signal line 6 a is inactive, while the read-back lines 5 b, 6 b are inactive.

Während der Zeitintervalle "2, 3" erfolgt die Funktionsüberprüfung des ersten Auswertekanals 2, wonach eine Pause folgt (Zeitintervall "4"). Danach findet während der Zeitintervalle "5, 6" die Funktionsüberprüfung des zweiten Aus­ wertekanals 2 statt. Anschließend arbeitet die Sicherheitsschalteranordnung 1 wieder im Normalbetrieb (Zeitintervall "7, 8").The function check of the first evaluation channel 2 takes place during the time intervals "2, 3", followed by a pause (time interval "4"). Then the function check of the second evaluation channel 2 takes place during the time intervals “5, 6”. The safety switch arrangement 1 then operates again in normal operation (time interval "7, 8").

Im Zeitintervall "2" wird die Signalleitung 5a deaktiviert und die Signalleitung 6a aktiviert. Im fehlerfreien Fall bleiben die Rückleseleitungen 5b, 6b inaktiv. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Schluß gegen die Versorgungsspannung UB vor oder der Transistor 12 ist durchlegiert.In the time interval "2", the signal line 5 a is deactivated and the signal line 6 a is activated. In the error-free case, the readback lines 5 b, 6 b remain inactive. If this is not the case, there is a short circuit against the supply voltage U B or the transistor 12 is alloyed.

Im Zeitintervall "3" sind die Signalleitungen 5a, 6a aktiv. Im fehlerfreien Fall müssen dann auch die Rückleseleitungen 5b, 6b aktiv sein. Ist dies nicht der Fall, so ist die Spannungsversorgung (UB) fehlerhaft oder es liegt ein Schluß gegen Masse (GND) vor. Desweiteren kann ein Fehler direkt in den Rück­ leseleitungen 5b, 6b oder in den Sendeelementen vorliegen.In the time interval "3", the signal lines 5 a, 6 a are active. In the fault-free case, the read-back lines 5 b, 6 b must also be active. If this is not the case, the voltage supply (U B ) is faulty or there is a short to ground (GND). Furthermore, there may be an error directly in the read-back lines 5 b, 6 b or in the transmission elements.

Im Anschluß dann folgt wiederum eine Pause (Zeitintervall "4"), worauf der zweite Auswertekanal 2 überprüft wird (Zeitintervalle "5, 6"), die wiederum mit der Überprüfung des ersten Auswertekanals 2 identisch ist.Then there is again a pause (time interval "4"), after which the second evaluation channel 2 is checked (time intervals "5, 6"), which in turn is identical to the check of the first evaluation channel 2 .

Claims (15)

1. Sicherheitsschalteranordnung zum Ein- und Ausschalten der Stromversor­ gung eines Arbeitsmittels mittels eines Sensorsignals, welches dem Ar­ beitsmittel über zwei Auswertekanäle mit jeweils einem Aktor zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (3) aus Halbleiterelemen­ ten bestehende schalterartige Mittel aufweisen, daß jedem Aktor (3) eine Rechnereinheit (4) vorgeschaltet ist, die mit dem Aktor (3) über zwei bidi­ rektionale Zuleitungen (5a, 5b, 6a, 6b) verbunden ist, wobei über die erste Zuleitung (5a, 5b) rücklesbar Schaltimpulse von der Rechnereinheit (4) zum Aktor (3) übertragen werden und dort einen Schaltvorgang auslösen, und wobei über die zweite Zuleitung (6a, 6b) rücklesbar Testimpulse von der Rechnereinheit (4) zum Aktor (3) zu dessen Funktionsüberprüfung übertragen werden, daß die Rechnereinheiten (4) über eine bidirektionale Zuleitung (5) zu deren Funktionsüberprüfung verbunden sind, und daß von den Rechnereinheiten (4) zur Funktionsüberprüfung der Aktoren (3) die Schaltzustände der schalterartigen Mittel so kurzzeitig geändert werden, daß sich der Betriebszustand des Arbeitsmittels aufgrund seiner Trägheit nicht ändert.1. Safety switch arrangement for switching on and off the power supply of a working medium by means of a sensor signal which is supplied to the working medium via two evaluation channels, each with an actuator, characterized in that the actuators ( 3 ) made of semiconductor elements have switch-like means that each Actuator ( 3 ) is preceded by a computer unit ( 4 ) which is connected to the actuator ( 3 ) via two bidirectional supply lines ( 5 a, 5 b, 6 a, 6 b), the first supply line ( 5 a, 5 b) read back switching pulses are transmitted from the computer unit (4) to the actuator (3) and trigger a switching process, and wherein via the second feed line (6 a, 6 b) read back test pulses from the computer unit (4) to the actuator (3) to whose function check are transmitted, that the computer units ( 4 ) are connected via a bidirectional feed line ( 5 ) for their function check, and that the computer Units ( 4 ) for checking the function of the actuators ( 3 ) the switching states of the switch-like means are changed so briefly that the operating state of the working medium does not change due to its inertia. 2. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektionalen Zuleitungen (5a, 5b, 6a, 6b) jeweils von einer Sig­ nalleitung (5a, 6a), über die Informationen von einer Rechnereinheit (4) ausgesendet werden, und einer Rückleseleitung (5b, 6b), über die Informa­ tionen in die Rechnereinheit (4) zurückgelesen werden, gebildet sind. 2. Safety switch arrangement according to claim 1, characterized in that the bidirectional supply lines ( 5 a, 5 b, 6 a, 6 b) each of a Sig nalleitung ( 5 a, 6 a), via the information from a computer unit ( 4 ) are, and a read-back line ( 5 b, 6 b), about which information is read back into the computer unit ( 4 ), are formed. 3. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rückleseleitung (5b, 6b) jeweils eine zweite Rückleselei­ tung (6c) zur Rechnereinheit (4) des jeweils anderen Auswerteelements (2) abzweigt.3. Safety switch arrangement according to claim 2, characterized in that from the read back line ( 5 b, 6 b) branches a second read back line ( 6 c) to the computer unit ( 4 ) of the respective other evaluation element ( 2 ). 4. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheiten (4) von identisch aufgebauten Controllern gebildet sind, auf denen unterschiedliche Steuerprogramme in­ stalliert sind.4. Safety switch arrangement according to one of claims 1-3, characterized in that the computer units ( 4 ) are formed by identically constructed controllers on which different control programs are installed. 5. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die schalterartigen Mittel in den Aktoren (3) von je­ weils einem Transistor (8) gebildet sind.5. Safety switch arrangement according to one of claims 1-4, characterized in that the switch-like means in the actuators ( 3 ) are each formed by a transistor ( 8 ). 6. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das schalterartige Mittel bildende Transistor (8) mit einem zwei­ ten Transistor (9) in Reihe geschaltet ist, so daß jeweils ein Transistor (8, 9) leitend ist, während der andere nicht leitend ist.6. Safety switch arrangement according to claim 5, characterized in that the switch-like means forming transistor ( 8 ) with a two-th transistor ( 9 ) is connected in series, so that in each case one transistor ( 8 , 9 ) is conductive, while the other is not is leading. 7. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das schalterartige Mittel bildende Transistor (8) über eine Siche­ rung (10′) an die Versorgungsspannung (UB) des Aktors (3) angeschlossen ist.7. Safety switch arrangement according to claim 6, characterized in that the switch-like means forming transistor ( 8 ) via a fuse ( 10 ') to the supply voltage (U B ) of the actuator ( 3 ) is connected. 8. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (3) zum Anschluß der Signalleitungen (5a, 6a) Empfangselemente (12, 13) bildende Optokoppler aufweisen.8. Safety switch arrangement according to one of claims 1-7, characterized in that the actuators ( 3 ) for connecting the signal lines ( 5 a, 6 a) have receiving elements ( 12 , 13 ) forming optocouplers. 9. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aktoren (3) zum Anschluß der Rückleseleitungen (5b, 6b) Sendeelemente bildende Optokoppler (18, 19) aufweisen. 9. Safety switch arrangement according to one of claims 1-8, characterized in that the actuators ( 3 ) for connecting the readback lines ( 5 b, 6 b) have transmitter elements forming optocouplers ( 18 , 19 ). 10. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rechnereinheiten (4) verbindende bidirektio­ nale Zuleitung (5) von zwei Handshake-Leitungen gebildet ist.10. Safety switch arrangement according to one of claims 1-9, characterized in that the bidirectional supply line ( 5 ) connecting the computer units ( 4 ) is formed by two handshake lines. 11. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsüberprüfung der Aktoren (3) über die bidirektionalen Zuleitungen (5a, 5b, 6a, 6b) zyklisch binäre Signalfolgen mit den Signalzuständen "aktiv" und "inaktiv" gesendet werden, wobei die Wiederholdauer der zyklischen Funktionsüberprüfung im Bereich von 5- 15 ms liegt.11. Safety switch arrangement according to one of claims 1-10, characterized in that for the functional check of the actuators ( 3 ) via the bidirectional supply lines ( 5 a, 5 b, 6 a, 6 b) cyclically binary signal sequences with the signal states "active" and " inactive "can be sent, the repetition time of the cyclic function check being in the range of 5-15 ms. 12. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Funktionsüberprüfung in jedem Auswertekanal (2) nacheinander Signalzustände der Signalleitungen (5a, 6a) verändert werden und die dadurch bewirkten Signaländerungen an dem Rückleseleitungen (5b, 6b) in den Rechnereinheiten (4) zur Funktionsüberprüfung der Aktoren (3) verwendet werden.12. Safety switch arrangement according to claim 11, characterized in that for the functional check in each evaluation channel ( 2 ) signal states of the signal lines ( 5 a, 6 a) are changed in succession and the signal changes thereby caused on the readback lines ( 5 b, 6 b) in the computer units ( 4 ) can be used to check the function of the actuators ( 3 ). 13. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Änderungen der Signalzustände der Signalleitungen (5a, 6a) und die dadurch bewirkte Dauer der Schaltzustandsänderungen der schalterartigen Mittel jeweils im Bereich von 50-150 µs liegt.13. Safety switch arrangement according to claim 12, characterized in that the duration of the changes in the signal states of the signal lines ( 5 a, 6 a) and the resulting duration of the switching state changes of the switch-like means is in each case in the range of 50-150 µs. 14. Sicherheitsschalteranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pausen zwischen Funktionsüberprüfungen der beiden Auswertekanäle durch die Rechnereinheiten (4) vorgebbar sind.14. Safety switch arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that the breaks between functional checks of the two evaluation channels can be predetermined by the computer units ( 4 ). 15. Sicherheitsschalteranordnung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß diese in dem das Sensorsignal liefernden Sensor integriert ist.15. Safety switch arrangement according to one of claims 1-14, characterized characterized in that this in the sensor supplying the sensor signal is integrated.
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