JP2001034302A - 安全スイッチ装置 - Google Patents
安全スイッチ装置Info
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- G05B9/02—Safety arrangements electric
- G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems
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Abstract
置が始動されない安全スイッチ装置を提供すること。 【解決手段】 少なくとも2つのアクチュエータを用い
て作業装置の電流供給を導通または遮断する安全スイッ
チ装置であって、アクチュエータが同時に活性化された
場合にだけ電流供給が導通される形式の安全スイッチ装
置において、アクチュエータは、符号発生器に接続され
ており、この符号化発生器によって数値語が出力され、
この数値語は2つの部分語に分割され、これらの部分語
の値はそれぞれ、1つずつのアクチュエータによって作
用を受け、アクチュエータの活性化時に、部分語の値は
それぞれ連続的に作用を受け、アクチュエータが不活性
化されると、対応する部分語は、固定の所定の値をと
り、アクチュエータのスイッチ状態をチェックするため
に、部分語を同時に評価ユニットに読み込む安全スイッ
チ装置を構成する。
Description
アクチュエータに用いて作業装置の電流供給を導通およ
び遮断する安全スイッチ装置に関し、ここでアクチュエ
ータが同時に活性化された場合にだけ、電流供給が導通
される。
19815150A1から公知である。そこでは作業装
置を監視するために、センサからなる装置が設けられて
おり、ここでこの作業装置は、これらのセンサのスイッ
チ状態に依存して始動される。これらのセンサはマスタ
スレーブ原理にしたがって動作するバスシステムのスレ
ーブを構成する。マスタは制御装置によって構成されて
おり、このマスタはスレーブを所定のアドレスで周期的
に問い合わせる。
つ備えるライトバリアによって構成されており、各送信
器は個別の符号化を備える送信光ビームによって、対応
する受信器に送信する。バスシステムには冗長的な評価
ユニットが接続されており、この評価ユニットは連続的
にバスシステムを介して伝送される信号をモニタする。
受信器によって、バスシステムを介して伝送された符号
に誤りがないことが識別された場合にだけ、作業装置は
評価ユニットによって始動される。
評価することにより、信号がバスシステムを介して伝送
される際の伝送エラーを、極めて安全に発見することが
できることである。
要はなく、そうしなくてもバスシステムでの信号伝送
を、装置を人員保護の領域で使用するために必要な安全
レベルでチェックすることができる。
チュエータ例えば非常用スイッチをスレーブとしてバス
システムに接続することも可能である。このような非常
用スイッチは安全上の理由から2チャネルで構成されて
いる。したがって各非常用スイッチは2つのコンタクト
を有しており、これらのコンタクトは非常用スイッチを
操作すると開く。非常用スイッチが操作されていない状
態は、故障のない動作に相応する。この動作状態では、
ビーム路に障害物のないライトバリアと同様に符号が評
価ユニットに伝送される。これらの符号を、例えば4ビ
ット幅の数値語の形態で伝送することが可能であり、こ
こでこの数値語の値は所定の経過の後、連続的に変化す
る。非常用スイッチが操作されるのは、これはライトバ
リアのビーム路に物体が入ったのと同様に障害の場合で
ある。この場合、非常用スイッチから、先の符号とは異
なる数値語の固定の値が評価ユニットに伝送され、これ
によって作業装置は非動作状態にされる。数値語の値
は、4ビット数値語に対して例えば「0000」であ
る。
常用スイッチのコンタクトを開くだけで十分である。し
なしながらこの場合、この非常用スイッチの第2のコン
タクトの、場合によっては発生し得る欠陥は識別されな
いままである。この場合に非常用スイッチのこの第2の
コンタクトも故障してしまうと、作業装置の操作者は危
険にさらされる。それはこの非常用スイッチを介しては
もはや作業装置を遮断できないからである。
に述べた形式の安全スイッチ装置を改善して、安全スイ
ッチ装置に欠陥がある場合に作業装置が起動されないよ
うにすることである。
り、少なくとも2つのアクチュエータを用いて作業装置
の電流供給を導通または遮断する安全スイッチ装置であ
って、アクチュエータが同時に活性化された場合にだけ
電流供給が導通される安全スイッチ装置において、アク
チュエータは、符号発生器に接続されており、この符号
化発生器によって数値語が出力され、この数値語は、2
つの部分語に分割されており、これらの部分語の値はそ
れぞれ、1つずつのアクチュエータによって作用を受
け、アクチュエータの活性化時には、部分語の値はそれ
ぞれ連続的に変化し、アクチュエータの一方が不活性化
されると、対応する部分語は、固定の所定の値をとり、
アクチュエータのスイッチ状態をチェックするために、
部分語を同時に評価ユニットに読み込むことを特徴とす
る安全スイッチ装置を構成することによって解決され
る。
を導通および遮断する安全スイッチ装置は、少なくとも
2つのアクチュエータを有しており、ここで電流供給
は、アクチュエータが同時に導通された場合にだけ導通
される。
いる。この符号発生器から数値語が出力され、この数値
語は2つの部分語に分割される。ここで部分語の値に
は、アクチュエータが1つずつ作用する。アクチュエー
タのスイッチ状態をチェックするために、数値語の部分
語を同時に評価回路に読み込む。
の値がそれぞれ連続して変化する。このことは評価ユニ
ットに記録され、これに基づいて作業装置は始動され
る。
と、対応する部分語は固定の値をとる。まだ活性化され
ているアクチュエータに対応する部分語の値だけが、引
き続き変化する。
直ちに、相応して2つの部分語が固定の値をとる。
とによって簡単に、どのアクチュエータが所定の時点に
活性化されているかをチェックすることができる。
つのアクチュエータが活性化されている場合にのみ行わ
れる。少なくとも1つアクチュエータが非活性化される
と、直ちにこのことが評価ユニット内で、時間の経過と
共に変化しない、部分列の値によって記録され、これに
基づいて作業装置は非動作状態にされる。
は、各アクチュエータは、数値語が部分語に分割される
ことによって、符号発生器を介して別個に監視される。
これによりエラーに対して高い安全性が保証される。
人員保護の領域に使用されるライトバリア、光格子およ
び類似のセンサ装置の、冗長に構成されたスイッチ出口
から構成することも可能である。例えば2つのアクチュ
エータは、冗長に構成される、非常用スイッチのコンタ
クトから構成することもできる。
においては、線路の欠陥によってエラーが発生し、これ
により個々のアクチュエータをもはや非活性化できない
ことがある。これは非常用スイッチではこの非常用スイ
ッチのコンタクトへの線路が短絡することによって発生
することがある。このエラーが非常用スイッチを操作し
た時または操作した後に発生すると、まず非常用スイッ
チの2つのコンタクトが開かれる。線路における短絡に
よって相応の部分語は引き続き変化し、それに対して他
方の部分語は固定の値で停止する。これによって数値語
の値は所定の値から偏差し、したがって作業装置は非動
作状態にされる。所定の時間の後、作業装置を再び動作
させなければならない場合、操作者によって非常用スイ
ッチは活性化され、ひいては動作させられる。非常用ス
イッチの一方のコンタクトへの線路に短絡が発生してい
るため、この非常用スイッチを活性化する前に、短絡の
発生している線路に対応する部分語の値はすでに連続し
て変化しており、このことは評価ユニットで識別され
る。したがって非常用スイッチの活性化によって2つの
部分語の値は、エラーのない動作と同様に変化するが、
再導通は回避され、障害通報が出力される。再導通は、
2つの部分語が前もって固定値「0000」をとってい
た場合にだけ可能である。
ーを不揮発的に記憶しないでもよい。例えば修理の後な
どの作業装置の再導通は、この場合に動作テストを行っ
た後にだけ可能であり、この動作テストではまず非常用
スイッチを操作せず、つぎに操作して、最終的には再び
操作しない。ここで部分語の値がそれぞれ所定の値に等
しい場合にだけ、作業装置は導通される。
するバスシステム1を示している。このバスシステム1
には複数の安全スイッチ装置2が接続されており、これ
らの安全スイッチ装置2はアクチュエータを2つずつ有
している。これらの安全スイッチ装置2は有利には、人
員保護の領域で使用するために冗長的に構成された装置
の構成部材である。
レーブを構成している。このバスシステム1は、例えば
SPS制御装置である制御装置3によって構成されたマ
スタにより集中制御される。このマスタおよびスレーブ
はバス線路4を介して相互に接続されている。電流供給
は電源部5によって行われる。
で周期的に問い合わせ、これに応じて各スレーブはマス
タに答えを送信する。
スシステムによって構成されている。ASiバスシステ
ムは、殊に2値のセンサとアクチュエータの接続のため
に設計されている。ASiバスシステムの動作の仕方
は”ASI - Das Aktuator Sensor Interface fuer die A
utomation", Werner Kriesel, Otto W. Madelung, Carl
Hanser Verlag, 1994に記載されている。この刊行物の
内容はこの明細書の開示内容に含まれるものである。
出しは、1つのスタートビット、5ビット幅のアドレ
ス、2ビットの制御情報、4ビットの有効データならび
に1つずつのパリティービットとストップビットからな
る。対応するスレーブの応答は、1つのスタートビッ
ト、4ビットの有効データならびに1つずつのパリティ
ービットとストップビットを含む。スレーブは受信した
マスタによる呼び出しを、所定のASi専用符号化規則
を用いてチェックする。スレーブが有効な、マスタによ
る呼び出しを識別すると、このスレーブは対応する応答
を送信する。その他の場合、いずれの場合であってもス
レーブは応答しない。これに対してマスタは、スレーブ
による応答が相応の符号化規則に合わない場合、このス
レーブによる応答を拒否する。
形状の交流電圧パルスとしてバス線路4を介して伝送さ
れる。
接続されており、このアナログ回路6はそれぞれ、図示
されていない送信エレメントと受信エレメントを有す
る。送信エレメントでは、マスタによる呼び出しの2値
データが、sin2形状の電圧パルスの列に変換される。こ
の信号はバス線路4を介してスレーブに送信される。ス
レーブからバス線路4を介してマスタに送信された信号
は、受信エレメントで2値のデータ列に変換される。
属されており、このインタフェース素子7はこの実施例
ではASi−ICから構成されている。インタフェース
素子7では、バス線路4を介して受信した、sin2形状の
電圧パルスの列が2値データに変換される。さらにこの
インターフェース素子7では、2値データの形態をとる
スレーブによる応答が、sin2形状の電圧パルスの列に変
換されかつバス線路4を介してマスタに送信される。
ックするため、相互に監視し合う計算ユニット9,10
を備える、冗長的な評価ユニット8が、バスシステム1
に接続されている。これらの計算ユニット9,10は有
利には同一構造のマイクロプロセッサによって構成され
ている。この評価ユニット8は、マスタもスレーブも構
成しておらず、純粋に受動的なバス加入部材であり、こ
れはバス線路4上で伝送される信号を連続的にモニタす
る。このために評価ユニット8は、アナログ回路6に接
続されている。受信エレメントの信号は、評価ユニット
8の計算ユニット9,10に読み込まれ、そこで周期的
に相互に比較される。
2を有し、この出力側は作業装置に接続されている。こ
れらの出力側11,12は、リレー出力側または自己監
視を行う安全な半導体出力側として構成されている。こ
れらの出力側11,12を介して作業装置が始動され
る。
装置2は、例えば、2つまたはそれ以上のアクチュエー
タを構成するドアスイッチから構成することができ、こ
のドアスイッチは、作業装置への接近をコントロールす
るために設けられたドアの開状態を監視する。
ライトバリア、光格子および類似のものを構成すること
ができ、これらは、作業装置を構成する機械の前側の領
域の監視のために使用される。このような光格子および
ライトバリアは、人員保護の領域における安全要求を満
たすために、2チャネル構造を有する。例えば出力信号
を構成するスイッチ状態は、2チャネルの出力側を介し
て出力され、ここで各出力側は1つずつアクチュエータ
を有する。これらのアクチュエータは、例えばリレーと
して構成することができる。
チャネルの非常用スイッチを有する実施例を示してい
る。非常用スイッチを備える安全スイッチ装置2は、イ
ンタフェース素子7を介してバスシステム1に接続され
ている。
エータを構成するスイッチ13,14を1つずつ備える
2つのコンタクトと、端子15,16とを有する。これ
らの端子15,16から線路17,18が1つずつ、符
号発生器19の出力側に案内されている。
ーラに組み込まれており、かつ数値語を形成する。この
数値語はこの実施例では4ビット幅の2値の数値語とし
て構成されている。この数値語のビットはそれぞれ、別
個の信号線路20〜23を介して、インタフェース素子
7の入力側D0−D3に読み込まれる。ここからこの数
値語はバス線路4を介して評価回路8に伝送される。イ
ンタフェース素子7と符号発生器19との電気的な直結
を絶縁するために、各信号線路20〜23にフォトカッ
プラー24〜27が設けられている。
語の最初の2ビットは、符号発生器19により入力側D
0およびD1を介してインタフェース素子7に読み込ま
れ、第1の部分語を形成する。数値語の最後の2ビット
は、符号発生器19により入力側D2およびD3を介し
てインタフェース素子7に読み込まれ、第2の部分語を
形成する。
からインタフェース素子7に直接導かれている。これら
の線路は、フォトカプラ24〜27に対して正または負
の給電電圧を供給する。さらに符号発生器19とインタ
フェース素子7との間の信号伝送にクロック供給するた
めに、別の線路30を介してデータ−ストローブ信号が
インタフェース素子7から符号発生器19に伝送され
る。
る線路17は、インタフェース素子7の入力側D0およ
びD1に接続されたフォトカプラ24,25に導かれて
いる。相応に、第2スイッチ14を備える線路18は、
インタフェース素子7の入力側D2およびD3に接続さ
れた別のフォトカプラ26,27に導かれている。これ
により第1部分語の値に線路17を介して、非常用スイ
ッチの第1スイッチ13によって作用することができ
る。相応に第2部分語の値に線路18を介して、非常用
スイッチの第2スイッチ14によって作用することがで
きる。
おり、この疑似発生器により、符号発生器19から出力
された数値語の値が連続的に変化する。
ウンタ31と符号表32を有している。この符号表32
には、アドレス毎に数値語の別の値が格納されている。
この実施例では符号表32は、「0001」から「11
10」までの範囲にある、全部で14個の相異なる値を
含む。カウンタ31はモジュロ8のカウンタとして構成
されており、0から7までの範囲のカウント状態をと
り、個々のカウント状態はアドレスを構成し、このアド
レスで個々の値が符号表32に格納されている。どのア
ドレスがカウンタ31によって形成されるかに依存し
て、相応の値が符号表32から読み出され、これが数値
語として信号線路20〜23を介してインタフェース素
子7に読み込まれる。カウンタ31がカウントアップし
続けることにより、アドレスは連続して変化し、これに
よって数値語の値も連続的に変化する。
イッチ13,14は開いており、このことはこのアクチ
ュエータが活性化されていることに相応する。つぎに、
連続して変化する数値語の値は、符号発生器19からイ
ンタフェース素子7に読み込まれ、そこからバス線路4
を介して評価ユニット8に供給される。ここで有利であ
るのは、数値語の語の幅が、バスシステム1を介して伝
送される有効データの語の幅に等しいことである。評価
ユニット8では連続して変化する数値語の値が記録さ
れ、これによって評価ユニット8を介して、接続された
作業装置が始動される。
一方が開いている場合、相応の部分語の信号線路20,
21または22,23への伝送は中断される。これによ
り、符号発生器19によって形成された変化する部分語
に代わって、信号線路20,21または22,23を介
して、時間的に一定である値00または11が、入力側
D0およびD1、またはD2およびD3を介してインタ
フェース素子7に読み込まれる。
フェース素子7によって評価ユニット8に読み込まれ
る。有利にはここに、符号発生器によって形成された数
値語の値が、目標値として格納される。
開いている場合、評価ユニット8に、このスイッチ13
または14に対応する部分語はもはや変化しないことが
記録される。これに基づき評価ユニット8は、作業装置
を非動作状態にする。なぜならば非常用スイッチが操作
されたか、または安全スイッチ装置2に障害が発生して
いるからである。
た場合も、評価ユニット8を介して作業装置は非動作状
態にされる。なぜならばこの場合、数値語の両方の部分
語は、符号発生器19で形成した数値語の値と異なる一
定の値をとるからである。
に、あらかじめ両方の部分語が固定の値「00」をとっ
ていた場合にだけ行われる。これは両方のスイッチ13
および14が開いていることに相応する。作業装置の遮
断時に、部分語のいずれか一方がまだ変化する場合、ス
イッチ13または14の相応の線路17,28または1
8,29の間で例えば短絡が発生しており、これによっ
て、非常用スイッチを操作しない場合に両方の部分語の
値が再び変化するにもかかわず、作業装置の導通は阻止
される。
る。ここで図3の実施例の構造は、実質的に図2の実施
例の構造に等しい。
似乱数発生器を有しており、この乱数発生器はカウンタ
31と、2つの符号表33,34を有する。両方の符号
表33,34にはそれぞれ、個々の部分語の値が、2つ
の符号表33,34に対応するアドレスで格納されてい
る。カウンタ31は連続してアドレスを形成し、このア
ドレスで両方の部分語の値は同時に2つの符号表33,
34から呼び出される。つぎに数値語の値に補完される
部分語の値は、同時に信号線路20〜23を介してイン
タフェース素子7に読み込まれる。
れた安全スイッチ装置のブロック図である。
ク回路図である。
ク回路図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 少なくとも2つのアクチュエータを用い
て作業装置の電流供給を導通または遮断する安全スイッ
チ装置であって、 前記アクチュエータが同時に活性化された場合にだけ電
流供給が導通される形式の安全スイッチ装置において、 前記アクチュエータは、符号発生器(19)に接続され
ており、 該符号化発生器(19)によって数値語が出力され、 該数値語は2つの部分語に分割されており、 該部分語の値はそれぞれ、1つずつのアクチュエータに
よって作用を受け、 アクチュエータの活性化時には、部分語の値はそれぞれ
連続的に作用を受け、 アクチュエータの一方が不活性化されると、対応する部
分語は、固定の所定の値をとり、 アクチュエータのスイッチ状態をチェックするために、
部分語を同時に評価ユニット(8)に読み込むことを特
徴とする安全スイッチ装置。 - 【請求項2】 作業装置への接近は、ドアによって防護
されており、該ドアは、ドアスイッチとして構成された
2つのアクチュエータによって監視される請求項1に記
載の安全スイッチ装置。 - 【請求項3】 作業装置は機械によって構成されてお
り、該機械の前側の領域は光格子によって監視され、該
光格子は、アクチュエータを1つずつ備える2チャネル
の出力側を有する請求項1に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項4】 アクチュエータは、2チャネルの非常用
スイッチのスイッチ(13,14)によって構成されて
いる請求項1に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項5】 符号発生器(19)は、数値語の値を変
化する疑似乱数発生器を有する請求項1から4までのい
ずれか1項に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項6】 疑似乱数発生器は、カウンタ(31)と
符号表(32)を有しており、 該符号表(32)に、アドレス毎に数値語の異なる値が
格納されており、 カウンタ(31)は、相応の値を符号表(32)から呼
び出すためにアドレスを順次形成する請求項5に記載の
安全スイッチ装置。 - 【請求項7】 疑似乱数発生器は、カウンタ(31)と
2つの符号表(33,34)とを有しており、 各符号表(33,34)に、アドレス毎に、部分語の異
なる値1つずつが格納されており、 カウンタ(31)は、2つの符号表(33,34)から
相応の値を同時に呼び出すためにアドレスを順次形成す
る請求項5に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項8】 前記数値語は、4ビット幅の2値の数値
語として構成されている請求項5から7までのいずれか
1項に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項9】 各部分語は、2ビット幅の2値の部分語
として構成されている請求項8に記載の安全スイッチ装
置。 - 【請求項10】 数値語の各ビットはそれぞれ、信号線
路(20〜23)を介して符号発生器(19)の出力側
で読み出される請求項8または9に記載の安全スイッチ
装置。 - 【請求項11】 アクチュエータはそれぞれ、線路(1
7,18)を介して符号発生器(19)に接続されてお
り、 前記線路(17,18)を介してアクチュエータのスイ
ッチ状態が符号発生器(19)に読み込まれ、 アクチュエータの活性化に対応するスイッチ状態時に、
配属された部分語の信号線路(20,21または22,
23)は、ビット値00または11をとる請求項8に記
載の安全スイッチ装置。 - 【請求項12】 1つの符号表(32)または複数の符
号表(33,34)に、0001から1110の範囲の
2値の乱数値が格納されている請求項11に記載の安全
スイッチ装置。 - 【請求項13】 カウンタ(31)は、アドレスを形成
する、0から7の範囲のカウンタ状態を備えるモジュロ
8のカウンタとして構成されている請求項12に記載の
安全スイッチ装置。 - 【請求項14】 評価ユニット(8)は冗長に構成され
ている請求項1から13までのいずれか1項に記載の安
全スイッチ装置。 - 【請求項15】 評価ユニット(8)はバスシステム
(1)に接続されており、 該バスシステム(1)は制御ユニット(3)によって制
御されており、 評価ユニット(8)は連続的に、バスシステム(1)を
介して伝送される信号をモニタする請求項1から14ま
でのいずれか1項に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項16】 アクチュエータは、インタフェース素
子(7)を介してバスシステム(1)に接続されている
請求項15に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項17】 信号線路(20〜23)は、符号発生
器(19)の出力側で、数値語のビットを伝送するため
にインタフェース素子(7)の1つずつの入力側D0〜
D3に導かれている請求項16に記載の安全スイッチ装
置。 - 【請求項18】 バスシステム(1)はマスタスレーブ
原理にしたがって動作し、マスタは制御ユニット(3)
によって構成されている請求項15から17までのいず
れか1項に記載の安全スイッチ装置。 - 【請求項19】 エラーが原因で、作業装置の電流供給
を遮断する場合、前記エラーを評価ユニット(8)に不
揮発的に記憶し、 作業装置の電流供給を導通する前に、非常用スイッチを
まず操作せず、つぎに操作して、その後また操作せず、 部分語の相応の値がそれぞれ記録された場合にだけ、評
価ユニット(8)によって導通が行われる請求項4から
18までのいずれか1項に記載の安全スイッチ装置。
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