JP2009528603A - 電気負荷のフェイルセーフ断路のための安全スイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気負荷のフェイルセーフ断路のための安全スイッチング装置を提供する。
【解決手段】第１および第２信号を供給するための第１および第２端子３６，３８と、負荷の接続を切るための冗長出力スイッチング信号を生成する第１および第２スイッチング素子Ｋ１，Ｋ２とを有し、第１スイッチング素子Ｋ１は、第１信号が供給される第１制御回路５６により駆動され、第２スイッチング素子Ｋ２は、第２信号が供給される第２制御回路５８により駆動される。第１電流経路９０，７４，５８，８４，７８、代替の第２電流経路７２，５８，８４，７６，９２、および少なくとも一つのスイッチング素子９０，９２をさらに備え、スイッチング素子９０，９２は、第２信号を第２制御回路５８に流すために、第２端子の極性に応じて、第１電流経路または第２電流経路を接続するように設計される。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に自動設備における電気負荷のフェイルセーフ断路のための安全スイッチング装置であって、第１および第２信号を供給するための第１および第２端子を備え、かつ負荷の接続を切るための冗長出力スイッチング信号を生成するように設計される第１および第２スイッチング素子を備え、第１スイッチング素子は、第１信号が供給される第１制御回路を有し、かつ第２スイッチング素子は、第２信号が供給される第２制御回路を有する、安全スイッチング装置に関する。

この種類の安全スイッチング装置は、例えば、下記特許文献１から公知である。さらに、本発明の出願人は、ＰＮＯＺ（登録商標）という商標名で、例えばＰＮＯＺ Ｘ８Ｐの形式のそのような安全スイッチング装置を販売している。
本発明に関する安全スイッチング装置は、人々を保護するために必要である場合に、危険な機械または設備の接続をフェイルセーフ的に切るために用いられる。安全スイッチング装置は、典型的に、緊急オフボタン、ガードドアスイッチ、光障壁、光格子、または他の安全信号装置を用いて発生される信号を監視する。安全スイッチング装置は、これらの信号に応じてまたは依存して、監視された機械または設備への電源経路を遮断するように設計される。

危険に対する機械の電位または設備の電位によっては、安全スイッチング装置が特定の使用のためにどのような要件を満たす必要があるかを規定する異なる安全カテゴリーがある。例えば、欧州規格ＥＮ９５４−１は、４つの安全カテゴリーを画定し、カテゴリー４は、安全スイッチング装置の固有のフェイルセーフ性に関して最も高い安全要件を課す。カテゴリー４に適合する装置は、通常多重チャンネル冗長性を用いて設計される。このような場合には、信号はまた、多重チャンネル冗長形でなければならない。すなわち相関情報コンテンツを有する第１および第２信号を少なくとも含まなければならない。

さらに、短絡が単一故障安全性が失われることを意味しているので、カテゴリー４は、これらの信号を送信する信号線上の短絡を識別するための安全スイッチング装置を必要とする。しかしながら、カテゴリー４より下の応用については、短絡識別なしですますことが可能であり、それによって安全スイッチング装置の配線が簡略化されかつ設備がより安価になる。

最初に挙げた安全スイッチング装置ＰＮＯＺ Ｘ８Ｐを、短絡識別してまたはしないで用いることができ、これらの信号を供給するための信号線の配線接続は、２つの場合異なる。短絡識別を用いる応用については、（第２信号を発生する）信号装置の第２チャンネルは、短絡識別しない応用とは異なる端子に接続されなければならない。したがって、柔軟な使用を可能にするために、公知の安全スイッチング装置は、比較的多数の接続端子を必要とする。

下記特許文献１は、第１信号が第１端子を経て第１スイッチング素子の制御回路に供給され、一方第２信号が第２端子を経て第２スイッチング素子の制御回路に経路指定される安全スイッチング回路を開示している。２つのスイッチング素子の制御回路がさらに共通接地電位に接続され、かつ信号が共通の設置電位に対して正および負の信号レベルを有するため、２つの信号間の短絡を識別することが可能である。
独国特許第４４２３７０４号明細書

しかしながら、前記公知の安全スイッチング装置は、短絡識別しないで動作することができず、よって使用の多様性に関して制限されている。さらに、本公知の安全スイッチング装置は、使用の機会も制限する交流電源を必要とする。
本背景に対して、本発明の目的は、使用に対する柔軟性のある選択肢を与え、コンパクトでかつ狭い設置空間に収容することができる、最初に述べた種類の安全スイッチング装置を提供することである。

本発明によれば、前記目的は、冒頭に挙げた安全スイッチング装置であって、第１電流経路、この代替の第２電流経路、および少なくとも一つのスイッチング素子を有する回路構成を備える安全スイッチング装置によって達成される。前記少なくとも一つのスイッチング素子は、第２信号を第２制御回路に接続するために、第２信号の極性に応じて、第１電流経路または第２電流経路を接続するように設計される。

本発明の安全スイッチング装置は、好ましくは第２端子と第２制御回路との間に、少なくとも部分的に配置される少なくとも２つの代替の電流経路を有する。この構成により、安全スイッチング装置の第２端子上の信号が、第２制御回路への経路に流れることができる。少なくとも２つの代替の電流経路間の選択が第２端子上の信号の極性に依存しているので、この新規な安全スイッチング装置は、第２端子上の異なる極性の信号を処理することができる。言い換えると、異なる極性の信号は、第２端子上に供給されてもよい。用いられる極性によっては、短絡識別するまたはしない配線が可能であるが、いずれの場合にも信号が同じ接続端子を経て供給される。

したがって、新規安全スイッチング装置を、最初に述べた出願人の安全スイッチング装置より少数の接続端子を用いて実施することができる。よって、必要とされる接続端子の数が物理的な大きさを決定するので、より小さい装置ハウジングで実施することもできる。したがって、新規安全スイッチング装置の端子節約的実施態様により、設置空間を、使用の柔軟性を制限することなく減じることができる。したがって、上記目的は完全に達成される。

さらに、新規安全スイッチング装置により、スイッチング素子を活性化するまたは非活性化するために信号を直接用いることができるので、非常に簡単でかつ安価な実施態様が可能になる。言い換えると、信号装置からの信号は、スイッチング素子をオンにするおよび／またはオフにするための電源を供給することができ、このことは実際には本発明の例証的な実施形態において好ましい。したがって、信号装置からの信号の損失の結果、直ちに関連するスイッチング素子がオフにされ、よって監視された電気負荷の接続が切られる。

したがって、新規安全スイッチング装置は、非常に安価に実施されることができ、かつほんのわずかな安全機能を監視する必要がある「少数の」応用に特に好適である。
好ましい改良形態では、回路構成は、ブリッジ整流器を形成する複数の第１のスイッチング素子を備える。好ましくは、第１のスイッチング素子はダイオードであり、このことは第２信号を整流するダイオードブリッジが含まれることを意味している。

本改良形態は、信号の極性にかかわらず第２制御回路に電源を供給する非常に安価な方法である。さらに、第２制御回路に電源を供給しかつ第２制御回路を監視するのにしばしば必要とされる電解コンデンサまたはオプトカプラ等の分極部品を、各々一度だけ提供する必要があるので、本改良形態により、必要な部品数を減らすことができる。
さらなる改良形態では、ブリッジ整流器は、第１および第２ブリッジ端子を有し、該第２制御回路は、それらの間に配置される。

本改良形態では、第２制御回路は、ブリッジ整流器のブリッジ経路に着座される。本改良形態により、非常に簡単でかつ安価な実施が可能になる。
さらなる改良形態では、ブリッジ整流器は、第３および第４ブリッジ端子を有し、第３ブリッジ端子は、第２端子に結合され、かつ第４端子は画定された参照電位に接続される。この場合、参照電位は、切換可能な電位等、固定または可変参照電位であってもよい。

本改良形態は、安全スイッチング装置の第２端子の信号によっては、ブリッジ整流器を通る画定された電流の流れを提供する。第２信号の極性によっては、異なる電流経路は、ブリッジ整流器内で導電性であり、これらの電流経路は、ブリッジ整流器内のスイッチング素子（ダイオード）によって切換えられる。さらに、ブリッジ整流器の経路を通る十分な電流の流れは、画定された電位差が参照電位と第２信号との間に存在する場合のみ可能であるので、本改良形態は、第２信号の信号レベルの少なくとも粗監視も提供する。したがって、本改良形態は、さらなる安全性をもたらす簡単でかつ安価な実施態様である。

さらなる改良形態では、第２信号は、高い第１信号レベルと低い第２信号レベルとを繰り返し、画定された参照電位は、第１信号レベルと第２信号レベルとの実質的に中間にある。本改良形態では、信号レベルの一方は、第２端子での高インピーダンス未使用状態であってもよい。
本改良形態は、異なる極性の２つの信号を持つ新規安全スイッチング装置を自動的に動作する簡単な方法を提供する。使用者（機械または設備における新規安全スイッチング装置に配線をつなぐ設置者）が、第２信号を送信する信号線を第２端子に接続すれば十分である。本改良形態の新規安全スイッチング装置を、動作モードにさらなる調整をしないで（短絡識別してまたはしないで）始動させることができる。したがって、本改良形態は、使用者にとって非常に便利である。

さらなる改良形態では、回路構成は、第２制御回路を第１または第２動作電位に接続するように設計される少なくとも一つの第２のスイッチング素子を備える。好ましくは、第１および第２動作電位は、固定電位である。特に好ましい実施形態では、第１動作電位は直流動作電圧であり、かつ第２動作電位は接地である。
さらに、回路構成が、ハーフブリッジ配置において（第２のスイッチング素子として）少なくとも２つのトランジスタを有するならば好ましく、該トランジスタは、安全スイッチング装置の内部動作電圧と接地との間に配置される。

これらの改良形態は、信号も動作電圧と接地とを繰り返すならば特に好ましく、動作電圧は、安全状態を信号で送る。第２制御回路を（第２信号の極性によっては）第１動作電位または第２動作電位に接続することによって、制御回路を、第２信号の極性にかかわらず、いずれの場合にも同じ方法で動作させることができる。制御回路は、動作の選択されたモードとは無関係に動作することができ、かつ該制御回路には、いずれの場合にも最大切換電力が供給され、このことは新規安全スイッチング装置の非常に信頼できる動作を保証する。さらに、本改良形態は、フェイルセーフ設計を容易にする内部電位をほとんど必要としない。

さらなる改良形態では、新規安全スイッチング装置は、電流の流れが第２制御回路において検出されるまで、第２制御回路を第１または第２動作電位に交互に接続するように設計される制御ユニットを備える。
本改良形態では、第２制御回路での電流の流れが、第２のスイッチング素子の関連する切換位置が与えられた第２信号を評価するための「正しい」切換位置であることを示しているので、新規安全スイッチング装置自体を第２端子の信号に自動的に調節することもできる。したがって、本改良形態はまた、使用者にとって新規安全スイッチング装置の設置を簡略化する非常に便利な解決策である。

好ましくは、本改良形態はまた、第２制御回路での電流の流れを検出するために第２制御回路に接続される電流検出器を備え、該電流検出器は、制御ユニットに結合される。
さらなる改良形態では、新規安全スイッチング装置は、電流の流れが第２制御回路において検出されるとすぐ制御ユニットを動作不能にするように設計されるイネーブルユニットを備える。

いったん電流の流れが第２制御回路において検出されると、第２スイッチング素子の切換位置を制御ユニットによって再び変更することができないので、本改良形態により、第１および第２スイッチング素子を「故障メモリ」として用いることができる。したがって、本改良形態は、特に簡単なかつ安価な安全スイッチング装置の設計を容易にする。
さらなる改良形態では、安全スイッチング装置は、少なくとも２つの制御位置を有する制御素子を備え、該制御素子は、第２制御回路を第１または第２動作電位に接続するために、少なくとも一つの第２のスイッチング素子に動作的に結合される。好ましくは、制御素子は、手動動作されるように設計される。

本改良形態では、使用者は、第２信号の「種類」を選択的に設定する選択肢を有する。したがって、本改良形態は、上で論じた変形例の利点なしですまし、該安全スイッチング装置は、第２信号の種類を自動的に識別する。他方、本改良形態は、単極信号および２極信号の両方を正しく処理することができるという利点を有する。単極信号は、画定された電位と高インピーダンス状態とを繰り返す信号である。典型的には、単極信号は、緊急オフボタン等の接点ベース信号装置によって生成される。２極信号は、高電位と低電位、例えば２４Ｖと０Ｖ（接地）とを繰り返す。そのような信号には、典型的に、光障壁および他の信号装置によって半導体出力が供給される。本改良形態は、新規安全スイッチング装置の使用についての機会を増やす。このことは、製造および貯蔵コストを削減する。

さらなる改良形態では、少なくとも第２スイッチング素子は、電気機械スイッチング素子、好ましくは非偏極電気機械スイッチング素子である。
本改良形態は、電気機械スイッチング素子が、負荷の接続を切るためのフローティング出力スイッチング信号を与えるので、有利である。本種類の出力スイッチング信号を、複数の環境で用いることができ、このことは新規安全スイッチング装置の応用の範囲が広げられることを意味している。非偏極電気機械スイッチング素子は、制御電流がいずれの方向にも効果的に流れることができるので有利である。本改良形態は、実際の実施態様を容易にする。

上で述べた特徴および以下でなお説明すべき特徴を、本発明の範囲を逸脱することなく、それぞれ特定された組合せのみならず、他の組合せでまたは単独で用いることができるのは言うまでもない。

図１において、本発明の実施形態で用いられる設備を、全体として参照番号１０で示す。
設備１０は、その動作空間が保護ドア１４を用いて保護されるロボット１２を備える。アクチュエータ１６は、保護ドア１４上に配置され、該アクチュエータは、保護ドアスイッチ１８と相互作用する。保護ドアスイッチ１８は、フレーム上に着座され、その上では保護ドア１４の移動部は閉じた状態にある。一例として、アクチュエータ１６は、保護ドア１４が閉じられる場合のみ、保護ドアスイッチ１８と連通することができるトランスポンダであってもよい。

保護ドアスイッチ１８は、該保護ドアスイッチ１８からの信号を処理する安全スイッチング装置２０に接続される。安全スイッチング装置２０と直列に配置される第２安全スイッチング装置２２があり、緊急オフボタン２４は、信号装置として、第２安全スイッチング装置２２に接続される。安全スイッチング装置２０，２２は、本発明に係るコンパクトな安全スイッチング装置であり、かつ製造業者によって実施される機能の予め規定された範囲を有する。しかしながら、原則として、本発明は、より複雑なプログラマブル安全制御器のために用いられてもよい。

参照番号２６，２８は、メーク接点がロボット１２までの電源経路に配置される２つの接触器を示す。接触器２６，２８の制御回路には、安全スイッチング装置２０，２２を経て電源が供給され、その結果安全スイッチング装置２０，２２の各々は、接触器２６，２８を経てロボット１２の接続を切ることができる。ロボット１２の通常動作を制御する動作制御器は、簡略化のために示されていない。

図２は、安全スイッチング装置２２に関する本発明の好ましい実施形態を示す。同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。
安全スイッチング装置２２は、前記緊急オフボタン２４、前記接触器２６，２８、および想定されるさらなる信号装置およびアクチュエータ（ここでは示さず）を接続するための複数の装置または接続端子を含む装置ハウジング３４を有する。参照番号３６は、緊急オフボタン２４の第１ブレーク接点２４ａが接続される第１接続端子を示す。参照番号３８は、緊急オフボタン２４の第２ブレーク接点２４ｂが接続される第２端子を示す。安全スイッチング装置２２は、このように、信号接点２４ａの切換位置に依存している第１信号を端子３６を経て受信し、かつ信号接点２４ｂの切換位置に依存している第２信号を端子３８を経て受信する。

本明細書で示す実施形態では、ブレーク接点２４ａは、装置の内部から、例えば２４Ｖの動作電圧ＵＢを持つ端子４０にも接続される。したがって、ブレーク接点２４ａが閉じている場合には、端子３６は、動作電圧ＵＢを信号として受信する。信号接点２４ａが開いている（ここでは示さず）場合には、端子３６は、高インピーダンス状態となる。
本実施形態では、ブレーク接点２４ｂは、同様に、装置の内部から接地される端子に接続される。よって、端子３８は、ブレーク接点２４ｂが閉じている場合に接地される装置に接続される。ブレーク接点２４ｂが開いている場合には、端子３８は、同様に、高インピーダンス状態となる。

ブレーク接点２４ａ，２４ｂを経て経路設定される信号を装置の出力端子４０，４２上に与えることは、この種類の安全スイッチング装置についての典型的な実施態様である。しかしながら、本発明は、本実施態様に限定されない。むしろ、端子３６，３８は、例えば光障壁（ここでは示さず）を用いて、他の装置を用いて外部から生成される信号を受信してもよい。この場合、端子４０，４２は、使用されないままであってもよい。

図示した変形例では、端子３６の信号が安全状態の動作電圧ＵＢに対応し、一方第２端子３８の信号が安全状態の接地電位に対応するので、安全スイッチング装置２２は、緊急オフボタンへの信号線間の短絡を識別することができる。信号を搬送する信号線間の短絡の結果、第１端子３６の電位が接地に引き寄せられ、このことは以下に説明するように検出される。

安全スイッチング装置２２は、より低い安全カテゴリーに従って動作することを容認できるならば、信号線上で短絡識別しないで動作することもできる。この場合、緊急オフボタン２４の第２信号接点２４ｂは、参照番号２４ｂ’によって点線で示すように、端子４４に接続されることになる。端子４４は、装置の内部から動作電圧ＵＢに接続され、その結果両方の信号接点２４ａ，２４ｂ’は、次に、安全状態の動作電圧ＵＢを持つことになる。この場合短絡識別はできない。

本図示に代わるものとして、第２信号接点２４ｂ’を、端子３８，４０間にも配置することができる。すなわち信号接点２４ａ，２４ｂ’の入力側接続は、端子４０で並列に接続されることになる。本実施態様により、さらなる設置空間を節約するために、端子４４なしですますことができる。
２つのさらなる端子４６，４８は、一例として、安全スイッチング装置２２に２４Ｖの動作電圧ＵＢを供給するのに使われる。さらなる端子５０，５２は、接触器２６，２８および可能ならばさらなる負荷を接続するために設けられる。

図示した実施形態では、安全スイッチング装置２２は、端子５０，５２間で互いに直列に接続されるリレー接点の形のフローティング出力を有する。このような場合、端子５０は、例えば２４Ｖの正電位に接続されてもよく、かつ接触器２６，２８は、端子５２に接続されてもよい。リレーＫ１，Ｋ２のリレー接点を、次に、接触器２６，２８に電流を供給するためまたは電流の流れを遮断するために用いることができる。しかしながら、あるいはまたはさらに、本発明を、特定の電位に関連する半導体出力を有する安全スイッチング装置のために用いることもできる。

リレーＫ１，Ｋ２は、各々図２の参照番号５６，５８で示す制御回路を有する。この場合、制御回路５６，５８は、それぞれのリレーＫ１，Ｋ２の付勢コイルである。図２に示すように、リレーＫ１の制御回路（付勢コイル）５６の一方の端子は接地に接続され、この経路は、マイクロコントローラ６２が付勢コイル５６を通る電流の流れを遮断するために用いることができるトランジスタ６０のコレクターエミッタ経路も含む。制御回路５６の第２端子は、リレーＫ１のレジスタ６４およびメーク接点６６を経て端子３６に経路指定される。レジスタ６４は、簡略化のためにここでは示さないさらなる部品および線路抵抗を表すシンボリックな等価抵抗である。メーク接点６６は、本種類の安全スイッチング装置で長年用いられてきたため、当業者に公知であるリレーＫ１についての自己保持を実施する。

以上要約すれば、端子３６からの信号は、このようにリレーＫ１の制御回路５６を経て流れ、かつリレーＫ１をラッチするための電源を供給する。（リレーＫ１を付勢するためには、簡略化のためにここでは示さない始動回路を経て電源が供給されてもよい。）端子３６の信号が動作電圧ＵＢに対応し、かつリレーＫ１が自己保持された（メーク接点６６が閉じた）状態にあるならば、制御電流はリレーＫ１の付勢コイルを流れ、かつリレーＫ１の動作接点は閉じられる（図示せず）。

同様に、リレーＫ２の制御回路５８は、（自己保持のために）シンボリックな等価抵抗６８およびメーク接点７０を経て第２端子３８に接続される。しかしながら、リレーＫ２の制御回路５８は、リレーＫ１の制御回路５６とは異なって、本実施形態においてはダイオードブリッ内に配置され、該ダイオードブリッジは、ブリッジ回路に４つのダイオード７２，７４，７６，７８を備える。ダイオードブリッジは、その間にリレーＫ２の制御回路５８およびオプトカプラ８４が配置される第１および第２ブリッジ端子８０，８２を有する。この場合、オプトカプラ８４は、電流検出器として用いられ、前記マイクロコントローラ６２を、電流がブリッジ接続部８０，８２間のブリッジ経路を流れているかどうかを判定するために用いることができる。オプトカプラの代わりに、分流抵抗器またはホール素子等の、電流検出のための他の素子を用いることも可能であろう。

さらに、ブリッジダイオードは、第３および第４ブリッジ端子８６，８８を有する。第３ブリッジ端子８６は、レジスタ６８およびメーク接点７０を経て端子３８に接続される。（あるいは、レジスタ６８およびメーク接点７０を、ダイオードブリッジのブリッジ経路に配置することもできるだろう。）第４ブリッジ端子８８は、ｐｎｐトランジスタ９０のコレクタおよびｎｐｎトランジスタ９２のコレクタに接続される。トランジスタ９０，９２は、動作電圧ＵＢと接地との間に配置されるハーフブリッジを形成する。よって、ｐｎｐトランジスタ９０のエミッタは、動作電圧ＵＢに接続され、かつｎｐｎトランジスタ９２のエミッタは、接地に接続される。トランジスタ９０，９２の制御接続部（ベース）は、イネーブルユニット９４を経てマイクロコントローラ６２に結合される。

ダイオードブリッジは、リレーＫ２の制御回路５８への第１および代替の第２電流経路を提供する。図２に示すように、端子３８の第２信号が接地電位に対応するならば、かつｐｎｐトランジスタ９０がオンでありかつｎｐｎトランジスタ９２がオフであるならば、ダイドード７４，７８は、順方向バイアスされ、かつ電流は、ｐｎｐトランジスタ９０、第４ブリッジ端子８８、ダイオード７４、リレーＫ２の制御回路５８、オプトカプラ８４、ダイオード７８、ブリッジ端子８６、抵抗器６８、メーク接点７０、および信号接点２４ｂを経て接地まで流れる。

対照的に、信号接点２４ｂ’が動作電圧ＵＢまで接続されるならば、かつまたトランジスタ９０がオフでありかつトランジスタ９２がオンであるならば、電流の流れは、信号接点２４ｂ’、メーク接点７０、抵抗器６８、ダイオード７２、リレーＫ２の制御回路５８、オプトカプラ８４、ダイオード７６、およびトランジスタ９２を経て接地まで流れる。いずれの場合にも、制御電流は、制御回路５８を流れ、該制御電流の結果、リレーＫ２のメーク接点を閉じることができる。

したがって、ダイオード７２，７４，７６，７８は、端子３８の信号の極性によっては、リレーＫ２の制御回路５８への異なる電流経路を形成するスイッチング素子である。さらに、トランジスタ９０，９２は、マイクロコントローラ６２が異なる電流経路を選択的に活性化するおよび非活性化するために用いることができるスイッチング素子である。
参照番号９６は、手動作動可能な制御素子の一例としての電位計を示す。電位計９６は、動作電圧ＵＢに接続される一つの端子および接地に接続される第２端子を有する。電位計のタップは、マイクロコントローラ６２に供給される。電位計の代わりに、ここで回転スイッチ、ＤＩＰスイッチ、または他の手動作動可能な制御素子を用いることも可能であろう。マイクロコントローラ６２は、安全スイッチング装置２２が、制御素子（control element）９６の制御位置から動作することを目的としている動作モードを識別することができる。

本実施形態では、マイクロコントローラ６２は、特に、安全スイッチング装置２２が、端子３６，３８の信号線間で短絡識別してまたはしないで動作することを目的としているかどうか確認する。電位計９６が、短絡識別する動作モードを選択するために用いられるなら、マイクロコントローラ６２は、ｐｎｐトランジスタ９０をオンにしかつｎｐｎトランジスタ９２をオフにする。このことは、接地電位が第２端子３８に印加される場合には（さらに、リレーＫ２が付勢することができるように、動作電圧電位も第１端子３６に印加されなければならないが、このことは簡略化のためにここではより詳細には示さない）、ブリッジ端子８８が動作電圧ＵＢに接続され、かつ電流の流れがブリッジ経路を通ってかつリレーＫ２の制御回路５８を経て生成されることを意味している。対照的に、電位計９６が、信号線上で短絡識別しないで動作する代替の動作モードを選択するために用いられるならば、マイクロコントローラ６２は、ｐｎｐトランジスタ９０をオフにしかつｎｐｎトランジスタ９２をオンにする。この場合、端子３８には、制御電流がブリッジ経路を通ってかつリレーＫ２の制御回路５８を経て流れることができるように、動作電圧電位が印加されなければならない。

本明細書で図示する例証的な実施形態では、端子３６，３８の信号線間の短絡識別は、２つの測定線９８，１００を用いて簡略化して示す測定によって２つの端子３６，３８の電位を記録するマイクロコントローラ６２を用いて実施される。好ましい実施形態では、マイクロコントローラ６２は、測定線９８，１００を経て端子３６，３８の電位を記録するための集積Ａ／Ｄ変換器を有する。電位についての妥当性比較により、短絡を識別することができる。この種類の短絡識別は、さらなる説明のために本明細書で参照することによって組み込まれる本出願人のドイツ特許出願ＤＥ１０２００５０５５３２５．７−３２の主題である。

あるいは、短絡識別は、冒頭に述べた安全スイッチング装置ＰＮＯＺ Ｘ９Ｐの場合等、従来の方法で実施されてもよい。
図２に示す実施形態では、端子３８でタップされる電位は、イネーブルユニット９４にも供給される。イネーブルユニット９４の動作を、図４を参照としてさらに詳細に説明する。他の実施形態では、イネーブルユニット９４なしですましてもよい。

最後に、新規安全スイッチング装置２２の好ましい実施形態は、単チャンネルマイクロコントローラ６２を備える。しかしながら、図２に簡略化して示すように、あるいは、２つ以上の冗長マイクロコントローラ６２を用いることも可能である。さらに、マイクロコントローラ６２の代わりに、ＦＰＧＡ（利用者書き込み可能グリッド・アレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）等の他の論理チップを用いることも可能であり、または安全スイッチング装置を、本発明を用いて全体を個別部品から構成することができる。

図３は、第２制御回路を含むブリッジ整流器および第２信号接点２４ｂ／２４ｂ’についての代替の端子を示す簡略化した等価回路図で、図２の実施形態の変形例を示す。それを除けば、同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。
図３に示す変形例では、信号接点２４ｂまたは２４ｂ’は、再び、ダイオードブリッジのブリッジ端子８６と、選択的に動作電圧ＵＢまたは接地との間に接続される。しかしながら、この場合、対向ブリッジ端子８８は、動作電圧ＵＢの半分に対応する電位に接続される。本実施態様により、端子９０，９２なしですますことができる。

動作電圧の半分ＵＢ／２は、ブリッジ端子８０，８２間のブリッジ経路にわたって常に印加されているので、制御電流は、手動切換の必要なく、両方の代替におけるリレーＫ２の制御回路５８を経て流れることができる。ダイオード７２〜７８のみが、ブリッジ端子８６の配線または電位によっては、異なる電流経路を接続し、任意の切換えが自動的に起こる。したがって、本発明の本変形例は、選択した配線のそれぞれの種類の自動識別を提供する。

図４は、配線の種類の自動識別を可能にする他の変形例を示す。ここでも、同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。本変形例の内部配線は、２つのトランジスタ９０，９２を含む図２に示す解決策に対応している。マイクロコントローラ６２が、今２つのトランジスタ９０，９２をトグルしてオンおよびオフにするならば、ブリッジ端子８８には、動作電圧ＵＢまたは接地が交互に与えられる。信号接点２４ｂ／２４ｂ’が今ブリッジ端子８６に接続されるならば、ブリッジ接続部８６，８８が異なる電位になるとすぐ、制御電流は、ブリッジ経路を通ってかつオプトカプラ８４を経て流れる。マイクロコントローラ６２は、オプトカプラ８４を用いて電流の流れを識別することができ、かつ次にトランジスタ９０，９２の少なくとも切換位置を維持する。

いったん接続された信号接点が開かれると、マイクロコントローラ６２が、信号接点２４ｂ／２４’の配線の種類について「探索」を再開しないようにするために、イネーブルユニット９４（図２）が設けられる。これは、規定された電位がブリッジ端子８６で識別され、および／または電流の流れがブリッジ経路で識別された後、マイクロコントローラ６２がトランジスタ９０，９２にアクセスしないように、自己保持機構の形となる。イネーブルユニット９４により、マイクロコントローラ６２は、安全スイッチング装置２２が、端子４６の動作電圧ＵＢの中断に続いて再開されるまで、トランジスタ９０，９２に再びアクセスすることができない。

他の実施形態（本明細書では図示せず）では、ブリッジ端子８８の電位を、ブリッジ整流器の代わりの電流経路間で選択的に変化させるために、手動で切換えることができる。

新規安全スイッチング装置の例証的な実施形態が用いられる、自動動作設備の模式的な図を示す。 新規安全スイッチング装置の例証的な実施形態の簡略化された図を示す。 さらなる例証的な実施形態に従って、第２スイッチング素子を含む簡略された等価回路図を示す。 さらなる例証的な実施形態の簡略化された等価回路図を示す。

Claims (10)

1. 自動設備（１０）における電気負荷（２６，２８）のフェイルセーフ断路のための安全スイッチング装置であって、第１および第２信号を供給するための第１および第２端子（３６，３８）と、前記負荷（２６，２８）の接続を切るための冗長出力スイッチング信号を生成するようにともに設計される第１および第２スイッチング素子（Ｋ１，Ｋ２）とを備え、
   前記第１スイッチング素子（Ｋ１）は、前記第１信号が供給される第１制御回路（５６）を有し、
   前記第２スイッチング素子（Ｋ２）は、前記第２信号が供給される第２制御回路（５８）を有し、
   第１電流経路（９０，７４，５８，８４，７８）、代替の第２電流経路（７２−５８，８４，７６，９２）、および少なくとも一つのスイッチング素子（７２−７８，９０，９２）を有する回路構成を特徴とし、
   前記少なくとも一つのスイッチング素子（７２−７８，９０，９２）は、前記第２信号を前記第２制御回路（５８）の経路に流すために、前記第２信号の極性に応じて、前記第１電流経路または前記第２電流経路のいずれかを接続するように設計される、安全スイッチング装置。
2. 前記回路構成は、ブリッジ整流器を形成する複数の第１のスイッチング素子（７２−７８）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の安全スイッチング装置。
3. 前記ブリッジ整流器は、第１および第２ブリッジ端子（８０，８２）を有し、前記第２制御回路（５８）はそれらの間に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の安全スイッチング装置。
4. 前記ブリッジ整流器は、第３および第４ブリッジ端子（８６，８８）を有し、前記第３ブリッジ端子（８６）は、前記第２端子（３８）に結合され、かつ前記第４端子（８８）は規定された参照電位に接続されることを特徴とする、請求項２または３に記載の安全スイッチング装置。
5. 前記第２信号は、高い第１信号レベル（ＵＢ）と低い第２信号レベル（接地）とを繰り返し、前記規定された参照電位（ＵＢ／２）は、前記第１信号レベルと前記第２信号レベルとの実質的に中間にあることを特徴とする、請求項４に記載の安全スイッチング装置。
6. 前記回路構成は、前記第２制御回路（５８）を第１または第２動作電位（ＵＢ，接地）に接続するように設計される少なくとも一つの第２のスイッチング素子（９０，９２）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
7. 電流の流れが前記第２制御回路（５８）において検出されるまで、前記第２制御回路（５８）を前記第１または第２動作電位（ＵＢ，接地）に交互に接続するように設計される制御ユニット（６２）を特徴とする、請求項６に記載の安全スイッチング装置。
8. 電流の流れが前記第２制御回路（５８）において検出されると直ちに前記制御ユニット（６２）を動作不能にするように設計されるイネーブルユニット（９４）を特徴とする、請求項７に記載の安全スイッチング装置。
9. 少なくとも２つの制御位置を有する制御素子（９６）を特徴とし、前記制御素子は、前記第２制御回路（５８）を前記第１または前記２動作電位（ＵＢ，接地）に接続するために、前記少なくとも一つの第２のスイッチング素子（９０，９２）に動作的に結合される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
10. 前記第２スイッチング素子（Ｋ２）は、電気機械スイッチング素子であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。

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