FI120990B - Menetelmä ja järjestely turvatoiminnon aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen liitäntöjen valvomiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja järjestely turvatoiminnon aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen liitäntöjen valvomiseksi

Keksinnön tausta Tämä keksintö liittyy menetelmään ja järjestelyyn laitteen turvatoi-5 minnon aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen liitäntöjen valvomiseksi.

Vaihtosuuntaaja on sähköinen laite, jolla voidaan muodostaa taajuudeltaan muuteltavissa olevaa jännitettä. Tyypillisesti vaihtosuuntaajia käytetään moottoreiden yhteydessä näiden ohjaamiseen muuttuvalla taajuudella. Vaihtosuuntaaja voi myös olla osa taajuusmuuttajaa, jota käytetään esimerkik-10 si moottorin ohjaamiseen. Vaihtosuuntaajien tai yleensä vaihtosuuntaajia käsittävien taajuusmuuttajien yhteydessä käytetään sovelletaan yleisesti erilaisia turvatoimintoja (safety functions), joiden tarkoituksena on valvoa ja varmistaa esimerkiksi moottorikäyttöjen turvallisuus erilaisissa käyttötilanteissa ja -olosuhteissa. Eräs tällainen turvatoiminto on vahinkokäynnistyksen esto Safe 15 Torque Off (STO). Safe Torque Off on IEC61508 standardissa määritelty toiminnallisuus, jonka ohjeistuksella voidaan luotettavasti suunnitella turvallisia laitteita. Taajuusmuuttajat pyritään yleensä saamaan SIL 3 (Safety Integrity Level) tasolle.

STO toiminnan pitää esim. taajuusmuuttajassa varmistaa, että taa-20 juusmuuttajan ohjaamalle moottorille ei muodostu vääntömomenttia, jos turva-kytkintä on väännetty. Taajuusmuuttajasovellustapauksessa käyttäjän asennettavaksi jää tyypillisesti STO liitännän liittimiin tulevat parikaapelit sekä tur-vakytkin, jossa on kaksi sähköisesti erillistä kytkintä. Kuviossa 1 on esitetty esimerkki STO-toimintoon liittyvän turvakytkimen 20 tavanomaisesta kytken-25 nästä taajuusmuuttajan vaihtosuuntaajaan 10. Vaihtosuuntaajan pääteastees-ta, joka syöttää moottoria vaiheiden U2, V2 ja W2 kautta, on kuviossa esitetty vain yksi vaihe kolmesta. Vaihtosuuntaajan pääteastetta ohjataan ohjauspiirillä 11 hilaohjainten 12a ja 12b avulla. Vaihtosuuntaajan (tai taajuusmuuttajan) STO liitännässä on tyypillisesti neljä liitäntänapaa 1, 2, 3, 4, joista kahdessa 1, 30 2 on yleensä aktiivinen jännitesyöttö, esimerkiksi 24 VDC. Jännitesyöttö johde taan näistä liitäntänavoista 1 ja 2 liitäntänavoille 3 ja 4 kaksinapaisen turvakytkimen 20 sekä liitäntöjen 30 ja 40 kautta. Navoilta 3 ja 4 jännite johdetaan edelleen esim. ohjauspiirille 10 sekä hilaohjainten 12a, 12b käyttöjännitteeksi. Jännitesyöttö johdetaan siis turvakytkimen S2 sekä liitäntöjen 30 ja 40 kautta 35 kahden erillisen liitäntähaaran välityksellä. Turvakytkimen 20 tehtävänä on katkaista tämä jännitesyöttö, jonka seurauksena STO logiikan/toiminnon on estet- 2 tävä momentin muodostuminen vaihtosuuntaajan 10 syöttämälle moottorille. Kuvion 1 esimerkkikytkennässä turvakytkimen S2 avaaminen katkaisee molemmat liitäntähaarat ja siten jännitesyötön vaihtosuuntaajan 10 ohjauspiirille sekä hilaohjaimille 12a, 12b.

5 Eräs edellä kuvattuun turvakytkimen kytkentään liittyvä ongelma on se, että käyttäjän turvakytkimen liitäntään käyttämä parikaapeli voi olla vioittunut tai vioittua käytössä. Tästä syystä onkin suositeltavaa ohjeistaa käyttäjää käyttämään vaipallista kaapelia turvakytkimen liitäntöihin, jotta esimerkiksi puristuksiin joutunut vioittunut kaapeli aiheuttaisi STO toiminnon. Vaipallisten 10 kaapeleiden löytyminen voi kuitenkin olla hankalaa ja lisäksi on vaikeaa varmistaa, että käyttäjä lopulta käyttää asianmukaista vaipallista kaapelia ja maadoittaa vaipan. Maadoittamaton vaippa voi pahimmassa tapauksessa oikosul-kea liitäntäkaapelin johtimet, joka puolestaan voi johtaa tilanteeseen, että esimerkiksi toisen kytkimen rikki ollessa ei STO toiminto toimi ollenkaan. Edelleen 15 ei voida varmistaa, että käyttäjä kytkee kytkimen oikein ja käyttää kaksinapaista kytkintä.

Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä ja menetelmän toteuttava laitteisto, jotka välttävät edellä mainitut epäkohdat tai ai-20 nakin lievittävät niitä. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, järjestelyllä, vaihtosuuntaajalla ja taajuusmuuttajalla, joille on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tarkkaillaan turvatoimin-25 non aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen liitäntöjen kuntoa muodostamalla jännite-ero kytkimen kahden navan sekä näiden liitäntöjen kautta kulkevien jännitteiden välille, jolloin liitäntävika voidaan havaita vasteellisesti sille, että laitteelle johdettujen jännitteiden ero ei vastaa mainittua muodostettua jännite-eroa tai että laitteelle johdettujen jännitteiden ero on olennaisesti nolla.

30 Keksinnön mukaisen ratkaisun etuna on se, että turvatoiminnon kyt kimen kanssa käytettävien liitäntöjen, esim. parikaapelin, toimintakuntoa voidaan valvoa joko jatkuvasti tai halutuin väliajoin myös laitteen toiminnan aikana. Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla voidaan entisestään parantaa esimerkiksi Safe Torque Off -toiminnallisuuden turvallisuutta.

3

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää lohkokaavion järjestelmästä, johon keksintöä voi-5 daan soveltaa:

Kuvio 2 esittää lohkokaavion liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti;

Kuvio 3 esittää signaalikaavion erään suoritusmuodon mukaisesti;

Kuvio 4 esittää signaalikaavion erään suoritusmuodon mukaisesti; 10 Kuvio 5 esittää lohkokaavion liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti;

Kuvio 6 esittää lohkokaavion liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti; ja

Kuvio 7 esittää lohkokaavion liitäntöjen valvontajärjestelystä erään 15 suoritusmuodon mukaisesti.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty lohkokaavio järjestelmästä, johon keksintöä voidaan soveltaa. On huomattava, että keksinnön käyttöä ei ole rajoitettu minkään tietyn tyyppisen laitteen kuten taajuusmuuttajan tai vaihtosuuntaajan yh-20 teyteen. Tämän johdosta laitteen, johon keksintöä sovelletaan, rakennetta ei tarkemmin käsitellä seuraavassa. Myöskään esimerkiksi käytetyillä jännitetasoilla ei ole merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta.

Keksinnön perusajatuksena on muodostaa jännite-ero turvatoimin-non aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen kautta turvatoiminnon kohteena oleval-25 le laitteelle kulkevien liitäntöjen kahden eri navan syöttöjännitteiden välille, jolloin liitäntävika voidaan havaita vasteellisesti sille, että laitteelle johdettujen jännitteiden ero ei vastaa mainittua muodostettua jännite-eroa tai että laitteelle johdettujen jännitteiden ero on olennaisesti nolla. Turvatoiminto voi olla esimerkiksi Safe Torque Off (STO) -toiminto mutta keksintöä voidaan soveltaa 30 myös muiden turvatoimintojen kytkinliitäntöjen yhteydessä. Seuraavassa on tarkemmin kuvattu keksinnön erilaisia edullisia suoritusmuotoja. On huomattava, että suoritusmuotoihin liittyvissä kuvioissa on esitetty vain keksinnön ymmärtämisen kannalta välttämättömiä komponentteja.

Kuviossa 2 on esitetty lohkokaavio liitäntöjen valvontajärjestelystä 35 erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuviossa on katkoviivan oikealla puolella 4 esitetty laitteen 20, kuten taajuusmuuttajan tai vaihtosuuntaajan, yhteydessä (sen sisä- tai ulkopuolella) oleva toiminnallisuus ja/tai komponentit ja katkoviivan vasemmalla puolella turvatoiminnon aktivoimiseen tarkoitettu kytkin S2 sekä sen liitännät 30, 40 laitteeseen 20. Jännitesyöttö Vcc jakautuu kahdeksi eril-5 liseksi haaraksi ja haarat johdetaan laitteen 20 liitäntänavoista 1 ja 2 laitteen 20 liitäntänavoille 3 ja 4 kytkimen S2 sekä liitäntöjen 30 ja 40 kautta. Liitäntä 30 muodostuu kahdesta erillisestä johtimesta, esimerkiksi parikaapelista tai erillistä johdoista, ja johtaa jännitesyötöstä jännitteet kytkimen S2 kahden navan ensimmäisille puolille 5 ja 6. Liitäntä 40 muodostuu myös kahdesta erilli-10 sestä johtimesta, esimerkiksi parikaapelista tai erillistä johdoista, ja johtaa kytkimen S2 ollessa johtavassa tilassa kytkimen S2 mainitun kahden navan ensimmäisille puolille 5 ja 6 johdetut jännitteet kytkimen mainitun kahden navan toisilta puolilta 7 ja 8 edelleen laitteelle 20. Diodilla D1 muodostetaan jännite-ero kytkimen S2 kahden navan ensimmäisille puolille 5 ja 6 tuotavien jännittei-15 den välille. Diodi D1, joka on kytketty sarjaan jännitesyötön Vcc ja kytkimen toisen navan ensimmäisen puolen välille, aiheuttaa kynnysjännitteensä mukaisen jännitteenaleneman kyseisen navan jännitteeseen eli kuvion esimerkissä laitteen 20 liitäntänavasta 1 lähtevä jännite on alhaisempi kuin liitäntänavasta 2 lähtevä jännite. Kynnysjännite voi olla diodista riippuen esimerkiksi 0,3...0,7V. 20 Haluttaessa suurempi jännite-ero eri liitäntähaarojen välille, voidaan diodeja D1 kytkeä kaksi tai useampia sarjaan. Tällä tavoin mahdollisesti sarjaan kytkettävät diodit voivat lisäksi olla eri tyyppisiä esimerkiksi halutun jännitteenaleneman saavuttamiseksi. Tarvittava jännite-ero voidaan muodostaa myös jonkun muun puolijohteen, esimerkiksi transistorin, tai jonkin muun kom-25 ponentin tai kytkennän tai näiden yhdistelmän avulla ilman, että tällä on merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta. Edelleen tarvittava jännite-ero voidaan muodostaa paitsi toisen liitäntähaaran jännitettä alentamalla myös jännitettä nostamalla.

Edelleen kuvion 2 esimerkissä johdetaan jännite liitäntänavoilta 3 ja 30 4 logiikkayksikölle 22 tuloihin in1 ja in2. Logiikkayksikkö 22 voi olla toteutettu esim. mikroprosessorin ja sopivan ohjelmiston avulla tai erillispiirien ja/tai eril-liskomponenttien avulla. Logiikkayksikkö valvoo tuloja in1 ja in2 ja ohjaa turva-toimintoa tulojen tilan mukaan tavanomaisella tavalla. Esimerkiksi STO-toiminnon kyseessä ollessa logiikkayksikkö edullisesti aktivoi STO-toiminnon, 35 kun tuloihin in1 ja in2 ei tule ohjausjännitettä (esim. kytkin S2 auki). STO-toiminnon aktivointi voi tapahtua esim. ohjaussignaalin CTRL avulla lähdöstä 5 out2, kuten kuviossa on esitetty, joka signaali esimerkiksi katkaisee mahdollisten hilaohjainten jännitteet tai muutoin saattaa STO-toiminnon aktiiviseksi laitteessa 20. Logiikkayksikkö 22 voisi myös lähettää normaalitilassa esim. kahta jännitesignaalia (ei esitetty kuviossa), jotka välitettäisiin esim. ohjauspiirille 10 5 sekä hilaohjainten 12a, 12b käyttöjännitteeksi, kuten kuvion 1 esimerkissä, ja katkaista nämä jännitteet, kun STO-toiminto aktivoidaan. Se millaisen tai millaisten signaalien avulla turvatoimi n non kuten STO-toiminto aktivointi logiik-kayksikön 22 toimesta laitteessa 20 tapahtuu ei kuitenkaan ole olennaista keksinnön perusajatuksen kannalta ja toteutus riippuukin tältä osin laitteesta 20, 10 johon keksintöä kulloinkin sovelletaan. Lisäksi kuvion 2 esimerkissä johdetaan jännite liitäntänavoilta 3 ja 4 komparaattoriyksikölle 21 tuloihin in1 ja in2. Komparaattori 21 vertailee tuloihinsa in1 ja in2 tuotujen jännitteiden suuruutta ja lähettää ulostulostaan out signaalin, joka on riippuvainen jännitteiden suu-ruuserosta. Komparaattorin 21 ulostulosignaali johdetaan logiikkayksikön 22 15 tuloon in3. Kun komparaattorin 21 tuloihin johdettujen jännitteiden ero ei vastaa eri liitäntähaarojen välille diodilla D1 tai muulla tavoin muodostettua jännite-eroa tai kun jännitteiden ero on olennaisesti nolla, ilmaisee komparaattori tämän logiikkayksikölle 22. Komparaattori voi siis yksinkertaisesti todeta ovatko sen tuloihin johdetut jännitteet yhtäsuuret (jännitteiden ero on olennaisesti nol-20 la eli poikkeaa nollasta korkeintaan tietyn ennalta määrätyn määrän) vai eivät ja ilmaista tämän. Vaihtoehtoisesti komparaattori voi todeta, vastaako sen tuloihin johdettujen jännitteiden ero muodostettua jännite-eroa ja ilmaista tämän. Edullisesti jännitteiden ero vastaa muodostettua jännite-eroa, jos jännite-erot ovat yhtä suuret tai poikkeavat toisistaan korkeintaan ennalta määrätyn poik-25 keaman verran. Määriteltäessä jännite-erojen vastaavuus siten, että myös tietyn ennalta määrätyn poikkeaman verran poikkeavat jännite-erot katsotaan toisiaan vastaaviksi voidaan huomioida liitäntäketjussa jännitteisiin mahdollisesti syntyvä kohina tai muut häiriöt, jotka saattavat vaikuttaa jännitteiden suuruuksiin. Komparaattorin 21 ilmaistessa logiikkayksikölle 22, että laitteen liitän-30 tänapoihin 3 ja 4 tulevien jännitteiden ero ei vastaa muodostettua jännite-eroa tai että jännitteiden ero on olennaisesti nolla, havaitaan liitäntävika ja logiikkayksikkö voi tällöin suorittaa STO-toiminnon aktivoinnin ja/tai esimerkiksi hälytyksen tai vikailmoituksen järjestelmän valvojalle. Komparaattori 21 voi suorittaa vertailun tuloksen ilmaisun logiikkayksikölle 22 esimerkiksi jännitesignaalin 35 avulla. Komparaattori voi esimerkiksi antaa lähdöstään jännitteen Vcc (>0V), kun sen tulojen in1 ja in2 jännitteet ovat erisuuret, ja jännitteen 0V, kun sen tu- 6 lojen in1 ja in2 jännitteet ovat yhtäsuuret. Mainittuja ilmaisun jännitetasoja voitaisiin myös käyttää toisin päin tai molemmat jännitteet voisivat olla nollasta poikkeavia. Tällä ei kuitenkaan ole merkitystä keksinnön perusajatuksen kannalta.

5 Kuvion 2 esimerkki käsittää edelleen kytkimen S1, jolla diodi D1 voidaan ohittaa ja siten kytkeä jännite-ero päälle ja pois. Kytkintä S1 voidaan ohjata edullisesti logiikkayksiköllä 22, jonka lähtöön out1 kytkin S1 on kytketty. Logiikkayksikkö 22 ohjaa kytkintä S1 edullisesti ennalta määrättyjen sääntöjen tai ehtojen mukaisesti, jotka voivat olla myös laitteiston käyttäjän aseteltavissa 10 sopivan käyttöliittymän välityksellä. On myös mahdollista, että laitteiston käyttäjä ohjaa kytkintä S1 suoraan, joka voi tapahtua myös logiikkayksikön 22 kautta. Kytkimen S1 ansiosta jännite-eroa ei välttämättä muodosteta jatkuvasti vaan ainoastaan esimerkiksi määrätyin ajoin. Näin kytkentä voidaan tarkistaa jo esimerkiksi ennen laitteen 20, kuten taajuusmuuttajan tai siihen kytketyn 15 moottorin, käynnistämistä ja varmistua että turvatoimintoon liittyvät kytkennät ovat oikein. Kun kytkin S1 ohjataan ohittamaan diodi D1 ja täten jännite-ero kytketään pois, muuttuu komparaattorin 21 lähdön out tila vastaavasti. Logiikkayksikkö 22 edullisesti huomioi tämän, eikä suorita esim. STO-toiminnon aktivointia, kun kytkin S1 on kytketty johtavaksi, vaikka komparaattori 21 ilmaisee 20 logiikkayksikölle 22, että laitteen liitäntänapoihin 3 ja 4 tulevien jännitteiden ero ei vastaa muodostettua jännite-eroa tai että jännitteiden ero on olennaisesti nolla.

Kuviossa 3 on esitetty signaalikaavio komparaattorin 21 tuloista in1 ja in2 sekä lähdöstä out erään suoritusmuodon mukaisesti. Tämän suoritus-25 muodon mukaisesti kytkin S1 pidetään normaalisti auki, jolloin diodi muodostaa jännite-eron, siten, että komparaattorin 21 tulon in1 jännite on alhaisempi kuin tulon in2 jännite. Komparaattorin lähdön out jännite on tällöin esimerkiksi jännitteen Vcc suuruinen. Hetkellä L kytkin S1 suljetaan edullisesti logiikkayksikön 22 ohjaamana, jolloin jännite-ero kytkeytyy pois, kun kytkin S1 oikosul-30 kee diodin D1. Jos kytkentä toimii normaalisti, muuttuu komparaattorin lähdön out jännite vastaavasti esim. OV. Tällöin logiikkayksikkö voi päätellä kytkennän toimivan ja hetkellä t2 kytkin S1 jälleen avataan ja jännite-ero kytkeytyy takaisin päälle. Komparaattorin lähdön out jännite muuttuu vastaavasti takaisin arvoon Vcc ja pysyy siinä, kunnes kytkin S1 suljetaan uudestaan tai kytkimen S1 ol-35 lessa auki liitäntävian seurauksena. Jos siis kytkin S1 on auki mutta komparaattori 21 silti ilmaisee, että laitteen liitäntänapoihin 3 ja 4 tulevien jännitteiden 7 ero ei vastaa muodostettua jännite-eroa tai että jännitteiden ero on olennaisesti nolla, havaitaan logiikkayksikössä liitäntävika. Tämän suoritusmuodon etu on se, että yllättävä oikosulku esimerkiksi liitäntöjen 30 tai 40 eri johtimien välillä havaitaan välittömästi, mutta sen lisäksi voidaan tehdä varmistuksia logiikan 5 avulla kytkemällä kytkin S1 ajoittain johtavaksi. Diagnostiikkaa voidaan tehdä jatkuvasti, eli myös silloin kun laite 20 toimii, esimerkiksi taajuusmuuttaja ajaa moottoria. Tällainen diagnostiikka ei estä tai häiritse turvakytkimen S2 käyttöä millään hetkellä. Sen avulla voidaan havaita valvottavan johtimen oikosulku Vcc jännitteeseen tai virheellisesti yksinapaiseen kytkimeen tehty asennus.

10 Kuviossa 4 on esitetty signaalikaavio komparaattorin 21 tuloista In1 ja in2 sekä lähdöstä out erään suoritusmuodon mukaisesti. Tämän suoritusmuodon mukaisesti kytkin S1 pidetään normaalisti kiinni, jolloin kytkin S1 oi-kosulkee diodin D1 ja komparaattorin 21 tulon in1 jännite on olennaisesti sama kuin tulon in2 jännite. Komparaattorin lähdön out jännite on tällöin esimerkiksi 15 0V suuruinen. Hetkellä t3 kytkin S1 avataan edullisesti logiikkayksikön 22 ohjaamana, jolloin jännite-ero kytkeytyy päälle. Jos kytkentä toimii normaalisti eikä valvottavassa liitäntäketjussa 30, S2, 40 ole oikosulkua liitäntähaarojen välillä, muuttuu komparaattorin 21 lähdön out jännite vastaavasti esim. arvoon Vcc. Tällöin logiikkayksikkö voi päätellä kytkennän toimivan ja liitäntöjen ole-20 van kunnossa. Hetkellä t4 kytkin S1 jälleen suljetaan ja jännite-ero kytkeytyy pois päältä. Komparaattorin lähdön out jännite muuttuu vastaavasti takaisin arvoon 0V.

Kuviossa 5 on esitetty lohkokaavio liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 5 järjestely vastaa muutoin kuvion 2 25 järjestelyä mutta kytkin S1 on jätetty pois. Tämä yksinkertaistaa järjestelyä eikä logiikkayksikössä 22 tarvita kytkimen S1 ohjaustoiminnallisuutta kuten edellä kuvatuissa esimerkeissä vaan logiikkayksikkö ainoastaan valvoo tuloja in1, in2, in3 sekä tarvittaessa suorittaa STO-toiminnon aktivoinnin ja/tai esimerkiksi hälytyksen tai vikailmoituksen järjestelmän valvojalle.

30 Kuviossa 6 on esitetty lohkokaavio liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 6 järjestelyssä jännitettä alennetaan diodin D1 sijasta vastusjaolla R5 ja R6 joiden suuruuksilla määritellään haluttu jännitteen diagnostiikkataso, jonka komparaattori 21 pystyy tunnistamaan. Kytkennässä voidaan lisäksi käyttää sopivaa sarjavastusta R3 ja diodia D2. Jän-35 nitteenalennus voidaan kytkeä päälle tai pois kytkimen S4 avulla edullisesti logiikkayksikön 22 ohjaamana kuten kuvion 2 suoritusmuodon yhteydessä on 8 kuvattu. Diagnosointi voitaisiin tehdä myös esimerkiksi siten, että jompikumpi syöttöhaaroista vedetään olennaisesti täysin maahan. Esimerkiksi kuvion 6 esimerkissä tämä tapahtuisi siten, että diodi D2 olisi poistettu ja vastus R3 olisi resistanssiltaan suurempi kuin vastukset R5 ja R6 yhteensä. Tällöin logiik-5 kayksikön tulisi edullisesti osata huomioida, että kytkimen S4 ollessa johtavassa tilassa ja toisessa syöttöhaaroista ollessa tämän seurauksena OV ei STO-toimintoa tule kytkeä päälle. Tästä aiheutuu se, että STO-toiminto ei ole käytettävissä kytkimen S2 toisen navan osalta, kun kytkin S4 on johtavassa tilassa. Kuitenkin kytkimen S2 tavanomainen avaaminen molempien napojen osalta 10 luonnollisestikin asettaa laitteelle 20 menevän liitännän 40 molempien haarojen jännitteet nollaan, mikä voidaan havaita logiikkayksikössä 22 ja tarvittaessa suorittaa STO-toiminnon aktivointi.

Kuviossa 7 on esitetty lohkokaavio liitäntöjen valvontajärjestelystä erään suoritusmuodon mukaisesti. Kuvion 7 esimerkissä komparaattori- ja kytis kintoiminnallisuudet on yhdistetty logiikkayksikköön 22, joka on edullisesti toteutettu digitaalisesti esimerkiksi prosessorin ja ohjelmiston avulla, joka on yhdistetty analogisiin komponentteihin D/A- sekä A/D-muuntimien välityksellä. Kuvion esimerkissä on käytetty analogisina erilliskomponentteina ainoastaan sarjavastuksia R3 ja R4 sekä diodeja D1 ja D2. Jännite-ero voidaan kuvion 20 esimerkissä muodostaa logiikkayksikön 22 avulla.

Edellä selostetuissa kuvioiden 2-7 mukaisissa suoritusmuodoissa on myös mahdollista, että jännitesyöttö Vcc sekä jännite-eron muodostavat välineet sijaitsevat eri laitteessa 20, kuin missä jännite-eron tarkkailu tapahtuu. Tämä mahdollistaa esim. STO-liityntöjen ketjuttamisen siten, että vain yksi laite 25 20 (tai jokin muu erillinen yksikkö) tuottaa jännitesyötön ja muodostaa tarvitta van jännite-eron kahden haaran välille ja nämä kaksi syöttöjännitehaaraa johdetaan kytkinten S2 kautta yhdelle tai useammalle toiselle laitteelle 20. Toisissa laitteissa 20 jännite-eron tarkkailu voidaan toteuttaa olennaisesti samalla tavoin kuin edellä esitetyissä suoritusmuodoissa on kuvattu. Tarvittaessa voi-30 daan jännitesyöttöhaarat muodostavalta laitteelta 20 johtaa muille laitteille tieto siitä, koska jännite-ero on kytkettynä, kun sovelletaan suoritusmuotoa, jossa haarojen välinen jännite-ero ei ole jatkuvasti kytkettynä. Näin muiden laitteiden logiikkayksiköt 22 tai vastaavat jännitteiden vertailua suorittavat toiminnallisuudet tietävät, koska jännite-ero pitäisi havaita jännitehaarojen välillä. On myös 35 mahdollista, että toiset laitteet voivat pyytää jännitesyöttöhaarat muodostavaa laitetta kytkemään jännite-ero päälle tai pois tarvittaessa. Tietojen ja ohjaus- 9 pyyntöjen välitys eri laitteiden 20 välillä voi tapahtua sopivan laitteiden välisen yhteyden kautta, joka voi olla esimerkiksi Profibus tai vastaava kenttäväylä.

Logiikkayksikkö 22, komparaattoriyksikkö 21, kytkin S1 sekä muut eri suoritusmuotoihin tai niiden yhdistelmiin liittyvät toiminnallisuudet tai mah-5 dollinen muu laitteisto voidaan toteuttaa yhden tai useamman yksikön avulla. Termi 'yksikkö' viittaa yleisesti fyysiseen tai loogiseen kokonaisuuteen kuten fyysiseen laitteeseen tai sen osaan tai ohjelmistorutiiniin. Yksiköt voivat olla fyysisesti erillisiä tai toteutettu yhtenä kokonaisuutena.

Keksinnön suoritusmuotojen mukainen laitteisto voidaan toteuttaa 10 ainakin osittain tietokoneen tai vastaavan signaalinkäsittelylaitteiston avulla, jossa on sopiva ohjelmisto. Tällainen tietokone tai signaalinkäsittelylaitteisto käsittää edullisesti ainakin työmuistin (RAM), joka tarjoaa tallennusalueen, jota aritmeettiset operaatiot hyödyntävät, ja prosessorin (CPU) kuten yleiskäyttöisen digitaalisen signaalinkäsittelyprosessorin (DSP), joka suorittaa aritmeetti-15 set operaatiot. CPU voi käsittää joukon rekistereitä, aritmeettisen logiikkayksi-kön ja ohjausyksikön. Ohjausyksikköä ohjataan ohjelmakäskyjen sarjalla, joka siirretään CPU:lle RAM:lta. Ohjausyksikkö voi käsittää mikrokäskyjä perusoperaatioita varten. Mikrokäskyjen toteutus voi vaihdella CPU:n rakenteesta riippuen. Ohjelmakäskyt voi olla koodattu ohjelmointikielellä, joka voi olla korkean 20 tason ohjelmointikieli, kuten C, Java tms., tai alhaisen tason ohjelmointikieli kuten konekieli tai assembler. Tietokone voi myös käsittää käyttöjärjestelmän, joka voi tarjota järjestelmäpalveluja ohjelmakäskyillä kirjoitetulle tietokoneohjelmalle. Tietokone tai muu keksinnön toteuttava laitteisto käsittää edullisesti sopivat syöttövälineet esim. ohjaustiedon tai mittaustiedon vastaanottamiseen 25 käyttäjältä ja/tai muilta laitteilta ja tulostusvälineet esim. vikahälytysten ja/tai ohjaustiedon tulostamiseen sekä muiden laitteiden ohjaamiseen. On myös mahdollista käyttää erityisiä integroituja piirejä, kuten ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ja/tai erilliskomponentteja tai muita laitteita keksinnön toiminnallisuuden toteuttamiseen eri suoritusmuotojen mukaisesti.

30 Keksintö voidaan toteuttaa olemassa oleviin järjestelmiin, kuten vaihtosuuntaajiin tai taajuusmuuttajiin ja/tai moottori käyttöjen suojeluvalvonta-järjestelmiin, tai käyttää erillisiä elementtejä ja laitteita keskitetysti tai hajautetusti. Olemassa olevat laitteet kuten esim. vaihtosuuntaajat tai taajuusmuuttajat tyypillisesti käsittävät prosessorin ja muistin, joita voidaan hyödyntää keksin-35 nön suoritusmuotojen toiminnallisuuden toteuttamisessa. Täten keksinnön suoritusmuotojen toteuttamisen vaatimat muutokset ja kokoonpanot voidaan suo- 10 rittaa ainakin osittain ohjelmistorutiinien avulla, jotka puolestaan voidaan toteuttaa lisättyinä tai päivitettyinä ohjelmistorutiineina. Jos keksinnön toiminnallisuutta toteutetaan ohjelmiston avulla, tällainen ohjelmisto voidaan tarjota tie-tokoneohjelmatuotteena, joka käsittää tietokoneohjelmakoodia, jonka tietoko-5 neohjelmakoodin suoritus tietokoneessa saa aikaan tietokoneen tai vastaavan laitteiston suorittamaan keksinnön mukaisen toiminnallisuuden edellä kuvattujen suoritusmuotojen mukaisesti. Tällainen tietokoneohjelmakoodi voidaan tallentaa tietokoneella luettavalle välineelle kuten sopivalle muistivälineelle, esimerkiksi flash-muistille tai levymuistille, josta se on luettavissa yksikölle tai yk-10 siköille, jotka suorittavat ohjelmakoodin. Lisäksi tällainen ohjelmakoodi voidaan ladata yksikölle tai yksiköille, jotka suorittavat ohjelmakoodin, sopivan dataverkon kautta ja se voi korvata tai päivittää mahdollisesti olemassa olevaa ohjelmakoodia.

Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että keksinnön perusajatus voidaan 15 toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (22)

1. Menetelmä laitteen turvatoiminnon aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen liitäntöjen valvomiseksi, joka kytkin (S2) on ainakin kaksinapainen, jolloin menetelmä käsittää: 5 johdetaan jännitesyötöstä jännitteet kytkimen (S2) kahden navan ensimmäisille puolille ensimmäisten liitäntöjen (30) välityksellä; johdetaan kytkimen (S2) ollessa johtavassa tilassa kytkimen mainitun kahden navan ensimmäisille puolille johdetut jännitteet kytkimen mainitun kahden navan toisilta puolilta edelleen laitteelle (20) toisten liitäntöjen (40) väli-10 tyksellä; ja tarkkaillaan laitteelle (20) johdettuja jännitteitä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää: muodostetaan jännite-ero kytkimen (S2) mainitun kahden navan ensimmäisille puolille tuotavien jännitteiden välille; ja 15 havaitaan liitäntävika, kun laitteelle (20) johdettujen jännitteiden ero ei vastaa mainittua muodostettua jännite-eroa tai kun laitteelle johdettujen jännitteiden ero on olennaisesti nolla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laitteelle (20) johdettujen jännitteiden ero vastaa muodostettua jännite- 20 eroa, jos jännite-erot ovat yhtä suuret tai poikkeavat toisistaan korkeintaan ennalta määrätyn poikkeaman verran.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jännite-ero muodostetaan yhden tai useamman puolijohteen (D1) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi puolijohde käsittää yhden tai useamman diodin (D1), joka on kytketty sarjaan jännitesyötön ja kytkimen (S2) toisen navan ensimmäisen puolen välille.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että jännite-ero muodostetaan vastusjakokytkennän (R5, R6) avulla.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jännite-ero muodostetaan jatkuvasti tai määrätyin ajoin.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään laitteelle (20) johdettujen jännitteiden ero kom- 35 paraattorin (21) avulla.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäiset liitännät (30) käsittävät erilliset johtimet jänni-tesyötön ja kytkimen mainitun kahden navan ensimmäisten puolten välillä ja toiset liitännät (40) käsittävät erilliset johtimet kytkimen mainitun kahden navan 5 toisten puolten ja laitteen välillä.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että turvatoiminto on safe torque off -toiminto.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laite (20) käsittää taajuusmuuttajan tai vaihtosuuntaajan. 10

11. Järjestely turvatoiminnon aktivoimiseen tarkoitetun kytkimen lii täntöjen valvomiseksi, joka kytkin (S2) on ainakin kaksinapainen, jolloin järjestely käsittää: välineet jännitteiden syöttämiseksi kytkimen (S2) kahden navan ensimmäisille puolille ensimmäisten liitäntöjen (30) välityksellä; 15 välineet kytkimen (S2) läpi ja edelleen kytkimen mainitun kahden navan toisilta puolilta laitteelle toisten liitäntöjen (40) välityksellä johdettujen jännitteiden tarkkailemiseksi, tunnettu siitä, että järjestely käsittää: välineet (D1, S1; R5, R6, S4) jännite-eron muodostamiseksi kytkimen (S2) mainitun kahden navan ensimmäisille puolille syötettävien jännittei- 20 den välille; ja välineet (21, 22) liitäntävian havaitsemiseksi, kun laitteelle (20) johdettujen jännitteiden ero ei vastaa mainittua muodostettua jännite-eroa tai kun laitteelle johdettujen jännitteiden ero on olennaisesti nolla.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, t u n n e tt u siitä, 25 että laitteelle (20) johdettujen jännitteiden ero vastaa muodostettua jännite- eroa, jos jännite-erot ovat yhtä suuret tai poikkeavat toisistaan korkeintaan ennalta määrätyn poikkeaman verran.

13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välineet jännite-eron muodostamiseksi käsittävät yhden tai useam- 30 man puolijohteen (D1).

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu yksi tai useampi puolijohde käsittää yhden tai useamman diodin (D1), joka on kytketty sarjaan jännitesyötön ja kytkimen (S2) toisen navan ensimmäisen puolen välille.

15. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että välineet jännite-eron muodostamiseksi käsittävät vastusjakokytken-nän (R5, R6).

16. Jonkin patenttivaatimuksista 11-15 mukainen järjestely, tun-5 nettu siitä, välineet jännite-eron muodostamiseksi käsittävät kytkimen (S1; S4) jännite-eron kytkemiseksi päälle ja pois.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 11-16 mukainen järjestely, tunnettu siitä, välineet liitäntävian havaitsemiseksi käsittävät komparaattorin (21) laitteelle johdettujen jännitteiden eron määrittämiseksi.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 11-17 mukainen järjestely, tun nettu siitä, että ensimmäiset liitännät (30) käsittävät erilliset johtimet jänni-tesyötön ja kytkimen (S2) mainitun kahden navan ensimmäisten puolten välillä ja toiset (40) liitännät käsittävät erilliset johtimet kytkimen mainitun kahden navan toisten puolten ja laitteen välillä.

19. Jonkin patenttivaatimuksista 11-18 mukainen järjestely, tun nettu siitä, että turvatoiminto on safe torque off -toiminto.

20. Jonkin patenttivaatimuksista 11-19 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että laite (20) käsittää taajuusmuuttajan tai vaihtosuuntaajan.

21. Vaihtosuuntaaja, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksista 11- 20 19 mukaisen järjestelyn.

22. Taajuusmuuttaja, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksista 11-19 mukaisen järjestelyn.