JP2014504402A - 電気負荷をフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる機能（安全機能を含む）に対して、できるだけ柔軟に使用できる複数の端子コネクタを有する、電気負荷をフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置を提供すること。
【解決手段】安全関連状態を示す信号装置(18、46)からの入力信号(20、90)を受け取るための入力回路(54)と、出力信号(48)を出力するための出力回路(56)と、電気負荷(12)への電流供給経路を遮断するように設計されたスイッチング要素(30)と、入力信号(20、90)に基づいてスイッチング要素を作動させるように設計されている評価制御ユニット(28)とを有している。前記入力信号(20、90)を受け取るための入力端子として、または前記出力信号(48)を出力するための出力端子として、端子コネクタ(26)を選択的に使用できるように、前記入力回路(54)と、前記出力回路(56)とを、前記端子コネクタ(26)で結合している。入力回路(54)は、前記評価制御ユニット(28)に接続された試験スイッチ(68)を有し、前記評価制御ユニット(28)は、前記試験スイッチ(68)を用いて前記入力信号(90)を選択的に抑制するように設計されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気負荷をフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置、特に、人々に危険をもたらす機械または機械据え付けをフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置に関するものである。

先行技術の安全開閉装置が、例えば、特許文献１または特許文献２などから知られている。

このような安全開閉装置は、複数の端子コネクタを通常有しており、これらの端子コネクタに対して、一方にはいわゆる信号装置を、他方にはアクチュエータを接続している。

安全開閉装置用の典型的な信号装置は、緊急停止押しボタン、防護扉スイッチ、両手で操作するスイッチであるが、監視対象の機械または機械据え付けに関する安全関連信号を提供する光バリアおよびさまざまなセンサもまた同様に典型的な信号装置である。

安全開閉装置は、信号装置からの安全関連信号を監視・評価して、安全関連信号に基づき、危険な機械または機械据え付けをフェイルセーフ的に停止させることができるアクチュエータに対する制御信号を生成する。さらに、安全開閉装置は出力信号を生成することが多く、この出力信号を用いて、例えば、緊急停止押しボタンなどの簡単な機械的信号装置の動作状態を監視する。例えば、安全開閉装置が生成する出力信号を緊急停止押しボタンの電気接点を経由してループ内にフィードバックして、安全開閉装置の入力に返す可能性があり、フィードバックされた出力信号が検出されない場合には、安全開閉装置は機械または機械据え付けを停止させる。

これに対して、光バリアまたはインテリジェントセンサは、安全開閉装置の入力において受け取ることができ、評価できる、それら独自の出力信号を通常生成する。このような場合には、安全開閉装置は光バリアを監視するための出力信号を提供する必要がないが、これはまだ依然として、例えば、診断などの目的で特定の光バリアに対して可能であるに過ぎない。

機械または機械据え付けにおいて監視しなければならない安全機能の個数および種類に応じて、好適な安全開閉装置は信号装置とアクチュエータとを接続するための特定の個数の入力および出力を必要とする。非常に危険な機械または機械据え付けの安全防護対策の為高いカテゴリの安全性を必要とする場合には、必要な入力および出力の個数が増加する。このような場合には、信号装置と安全開閉装置とアクチュエータとを、重複する線を通じて通常接続して、所要の入力および出力の個数を２倍にするようになっている。

一方、開閉装置キャビネットまたはその種の他のもの内の設置スペースが限定されていることが多いため、安全開閉装置をできるだけコンパクトで小型化したいという要望がある。したがって、信号装置とアクチュエータとを接続するための端子コネクタの機能が用途に応じて異なる可能性があるようにその端子コネクタを構成できる、そのような装置がある。

例えば、出願人は、信号装置を監視するために特定の接続端子において異なる種類の出力信号を提供する可能性がある分散安全制御システム用のＰＳＳ ＳＢ ＤＩ１６という分散型Ｉ／Ｏアセンブリを販売している。具体的には、定常状態の出力信号、または異なるクロック周期を有する時間的に決められた出力信号を、特定の出力端子において選択的に提供する。その結果、所要の接続端子の個数を低減でき、したがって、装置のハウジングの大きさも小さくすることができた。しかしながら、設定で変えられる接続端子は、すべての安全機能に利用できるわけではなく、特に、入力機能から出力機能への変更には利用できなかった。

特許文献３は、バスシステムに特定の装置を接続するための結合装置を開示している。この結合装置は、特に、信号装置とアクチュエータとを、遠隔制御システムに接続するために使用される。安全センサおよび標準的センサを、安価な標準化されたプラグイン式（差し込み式）接続部に柔軟に接続するために、特許文献３は、プラグの個々の接続ピンに、所定の機能特性の組とは異なる機能特性を適用できることを提案している。実施形態では、プラグは５つの接点要素を有しており、これらの５つの接点要素のうちの少なくとも一部を入力として、または接地接続として選択的に使用できる。しかしながら、接点要素のこのような可変的な使用を提供する回路の詳細については、この明細書では説明していない。

冒頭で言及した特許文献２では、多くの端子コネクタと、安全関連状態を示す信号装置からの入力信号を受け取るための入力回路と、出力信号を出力するための出力回路と、および電気負荷への電流供給経路を遮断するように設計されたスイッチング要素とを有している安全開閉装置を開示している。評価制御ユニットが、入力信号に基づいて少なくとも１つのスイッチング要素を作動させる。入力回路は、安全開閉装置が生成するクロック信号と信号装置からの入力信号とを結合する光カプラを含んでいる。信号装置からの信号を光電トランジスタのコレクタ・エミッタ経路を通って伝導しながら、周期的なクロック信号は光カプラの発光ダイオードを制御する。安全開閉装置からのクロック信号と信号装置からの入力信号とを結合することにより、結果的にクロック信号を用いて信号装置からの信号を変調することになる。結果として、結合した信号は周期的な信号変化を有しており、この周期的な信号変化は、仮に信号装置からの信号が比較的長い期間にわたって１つの信号状態で変化しないままであった場合でも、安全開閉装置の信号経路の内部機能試験を可能にする。

特許文献４のように、電気負荷を作動させるための装置が知られており、制御トランジスタを線で制御評価ユニットのポートに接続している。制御トランジスタの出力を駆動トランジスタの制御入力に接続している。駆動トランジスタの出力に、電気負荷を配置している。さらに、駆動トランジスタの出力における電気的な電圧を、制御評価ユニットのポートと制御トランジスタの間の線に再び接続する電圧フィードバックユニットを提供する。制御信号を出力するための出力として、または線上に存在する信号を検知するための入力として、制御評価ユニットのポートを選択的に設定できる。

独国特許出願公開第100 11 211 A1明細書 独国特許出願公開第199 62 497 A1明細書 欧州特許出願公開第1 347 388 B1明細書 独国特許出願公開第102 11 099 A1明細書 独国特許出願公開第10 2004 020 955 A1明細書

以上説明した背景の下に、本発明の目的は、異なる機能（安全機能を含む）に対して、できるだけ柔軟に使用できる複数の端子コネクタを有する、電気負荷をフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置を提供することである。具体的には、本発明の目的は、入力として、または出力として選択的に使用できる少なくとも１つの端子コネクタを有する安全開閉装置を提供することであり、この端子コネクタは高い安全カテゴリを必要とする用途にも同様に利用できる。これに関連して、高い安全カテゴリは、ＥＣ６１５０８によれば欧州規格ＥＮ９５４−１、ＳＩＬ２以上に関してカテゴリ３以上であり、またはＩＳＯ１３８４９−１によればカテゴリ３以上である。その結果、安全チェーン内の障害、例えば、構成要素の故障、またはケーブルの圧迫などが、安全機能の喪失につながってはならず、安全機能は装置の適切な設計により保証する必要がある。これらの安全性要求に対して、本発明の安全開閉装置の、設定可変型端子コネクタを使用できることが好ましい。

本発明の一態様によれば、前記本発明の目的は、複数の端子コネクタと、安全関連状態を示す信号装置からの入力信号を受け取るための少なくとも１つの入力回路と、出力信号を出力するための少なくとも１つの出力回路と、負荷への電流供給経路を遮断するように設計された少なくとも１つのスイッチング要素と、および入力信号に基づいて少なくとも１つのスイッチング要素を作動させるように設計された評価制御ユニットとを含み、入力信号を受け取るための入力端子として、または出力信号を出力するための出力端子として、１つの端子コネクタを選択的に使用できるように、少なくとも１つの入力回路と、少なくとも１つの出力回路とを、複数の端子コネクタからの１つで結合し、入力回路が、評価制御ユニットに接続された試験スイッチを有し、および評価制御ユニットが、試験スイッチを用いて入力信号を選択的に抑制するように設計されている、電気負荷をフェイルセーフに停止させるための安全開閉装置により達成される。

いくつかの好ましい実施形態では、本発明の安全開閉装置が、設定で変えられる小型コントローラであり、この小型コントローラは、接続された信号装置の評価および監視と、機械または機械据え付けを停止させるためのアクチュエータの作動とを、スタンドアロン型の装置として可能にする。この場合、信号装置およびアクチュエータだけを本発明の安全開閉装置に接続する必要があり、安全開閉装置は所望の安全機能に基づいて設定したり、および／またはプログラムしたりする必要がある。

他の実施形態では、本発明の安全開閉装置が、より大きな分散制御システムの一部分である可能性がある。例えば、安全開閉装置は、フィールドバスを介して中央コントローラに接続された分散Ｉ／Ｏユニットである可能性がある。さらに他の実施形態では、安全開閉装置が、商標ＰＳＳ（登録商標）の下で本発明の譲受人が販売しているプログラマブル・コントローラなどのプログラマブル・コントローラ用のモジュール・アセンブリである可能性がある。いずれの場合でも、安全開閉装置は、上述の規格または同等の安全性要求に関して少なくともカテゴリ３／ＳＩＬ２の要件を満たしている。

安全開閉装置は、安全入力機能用の入力として、または出力として選択的に使用できる少なくとも１つの端子コネクタを有している。また、出力は、必要に応じて他の端子コネクタにおける追加的な出力と組み合わせて、安全機能を実現する可能性がある。入力回路内の試験スイッチを用いて、評価制御ユニットは、設定可変型端子コネクタにおいて入力信号の妥当性を調べることができる。具体的には、評価制御ユニットは、試験スイッチを用いて、入力における静的な高レベルから、低レベルへの信号の変化を検出するかどうかを試験できる。このことは、静的信号を用いて安全入力機能を実現するためには重要なことであり、その理由は、安全入力における低レベルが安全反応を通常表しているためである（無信号電流の原理）。

評価制御ユニットは、試験スイッチを用いて、障害が安全開閉装置の外部接続部内で発生しているのかどうか、特に、設定可変型端子コネクタとの接続線内で発生しているのかどうかを、必ずしも決定できるわけではない。このことは、単一チャネル入力および定常状態の入力信号に関連して基本的に問題が多い。したがって、より高い安全カテゴリを実現するために、冗長回路を有する２つ以上の入力を通常使用するが、このことは、好ましい実施形態の本発明の安全開閉装置により、すなわち、いくつかの、設定可変型端子コネクタを提供することにより、同様に可能になる。しかしながら、試験スイッチを用いることにより、評価制御ユニットは入力回路の装置内部の機能を試験できるため、低レベルの検出を妨げることになる構成要素の起こり得るいかなる故障をも検出できる。したがって、原理上、本発明の安全開閉装置は、設定可変型接続端子における安全機能の実現を可能にする。

一方、あるいは端子コネクタを出力として使用できる。この配置では、いくつかの実施形態で出力信号から入力回路を切り離すために試験スイッチを使用できる。他の実施形態では、評価制御ユニットが、同じ端子コネクタにおいて入力回路を経由して装置の内部的に出力信号をリードバックでき、これにより、安全出力機能の実現を促進する。

すべての場合において、これ（リードバックできること）は、入力信号の試験が予想外の結果をもたらしたとき、特に、試験スイッチにより選択的に引き起こされた低レベル（抑制された入力信号）が評価制御ユニットに届かないときに、評価制御ユニットが少なくとも１つのスイッチング要素を用いて電気負荷を停止させる場合に好ましい。

したがって、上述の目的は完全に達成される。

好ましい改良形態では、少なくとも１つの入力回路と、少なくとも１つの出力回路とを、端子コネクタと試験スイッチの間にあるノードで結合している。

この改良形態では、出力信号が、試験スイッチを通って端子コネクタに導かれることなく、設定可変型端子コネクタに届く。したがって、試験スイッチは、設定可変型端子コネクタにおいて出力信号を破壊できない。その結果、出力は、安全開閉装置に対する実証済みの回路概念に、より容易に統合できる「正常な」出力として実現される。

さらなる改良形態では、安全開閉装置が、出力回路に接続され、試験スイッチを迂回する信号経路を有している。

この改良形態では、試験スイッチと並行して信号経路を配置しており、この信号経路を通って、試験スイッチを迂回しながら、出力回路の出力信号を入力回路に接続している。この改良形態は、評価制御ユニットが出力信号を二度リードバックすることを可能にしている、すなわち、一方では、試験スイッチを迂回する迂回路のような役割を果たす信号経路を通り、他方では、試験スイッチ自体を通って、二度リードバックすることを可能にする。この改良形態は、接続端子における入力信号への出力回路による任意の不必要な影響を評価制御ユニットが検出できるという利点を有している。具体的には、入力回路と出力回路とを結合しているノードが端子コネクタと試験スイッチの間にある場合に、評価制御ユニットは、信号経路のおかげで、出力回路が端子コネクタにおいて入力信号を高レベルまで恒久的に引き上げるかどうかを検出できる。したがって、この改良形態は、簡単な方法で高いフェイルセーフ性を実現するのに非常に有利である。

さらなる改良形態では、安全開閉装置が、接続端子から信号経路を切り離すために信号経路と端子コネクタの間に配置されたダイオードまたは同様の構成要素を有している。

これに関連して、ダイオードまたは同様の構成要素は、電流フローが実質的に一方向だけに流れることを許して、反対方向に流れることを許さない構成要素である。この改良形態は、入力信号が信号経路を通って評価制御ユニットまで伝わり、その結果、試験スイッチを迂回できてしまう、そのことを妨げるための非常に簡単な方法である。上述の改良形態と組み合わせることで、この改良形態は、設定可変型端子コネクタにおいて低レベルのフェイルセーフな検出を可能にする。したがって、これらの２つの改良形態の組み合わせは、安価な方法で、設定可変型端子コネクタにおいて高い安全カテゴリを実現するのに特に有利である。

さらなる改良形態では、安全開閉装置が複数の入力回路と複数の出力回路とを有し、それらを複数の端子コネクタでそれぞれ二つ一組で結合している。

この改良形態では、安全開閉装置は上述の種類の多くの設定可変型端子コネクタを有している。これらの設定可変型端子コネクタのそれぞれは、２つの上述の改良形態に基づいてフェイルセーフ的に実現することが有利である。多くのこのような設定可変型端子コネクタを提供することにより、カテゴリ４／ＳＩＬ３を含むそれ以下の用途に対する本発明の安全開閉装置の特に柔軟な使用が可能になり、その理由は、設定可変型２つの端子コネクタを冗長入力および／または冗長出力として使用する可能性があるためである。

さらなる改良形態では、出力回路のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つのスイッチング要素を含んでいる。

この改良形態では、設定可変型端子コネクタのうちの少なくとも１つが、出力コネクタとしての役割を果たし、この出力コネクタを経由して安全開閉装置が電気負荷を停止させる。他の方法として、他の改良形態では、電気負荷を停止させるためのスイッチング要素を、設定で変えられない端子コネクタの位置に配置することが考えられ、すなわち、設定可変型端子コネクタは、信号装置を作動させるのに、およびこのような信号装置からの入力信号を受け取るのに、本質的に使用されることが考えられる。本改良形態は、対照的に、さらに高い柔軟性を可能にする。いくつかの実施形態では、信号装置および／またはアクチュエータを接続するためのすべての端子コネクタを、上述の種類の入力回路と出力回路とを組み合わせて備えた設定可変型端子コネクタとして実現している。

さらなる改良形態では、規定された時間間隔の中で試験スイッチを用いて入力信号を繰り返し抑制するように評価制御ユニットを設計している。評価制御ユニットは、試験スイッチを用いて周期的な時間間隔で入力信号を抑制することが好ましい。

この改良形態では、評価制御ユニットは、規定された時間間隔の中で入力回路の機能性を自動的に試験する。いくつかの実施形態では、規定された時間間隔の長さが評価制御ユニット内に事前に定義してある。他の実施形態では、安全開閉装置のユーザが、規定された時間間隔の長さを設定できる。改良形態は、第１の障害が発生した後に、第２の障害が発生する確率を低減するのに有利に寄与する。このように、この改良形態は、高い安全カテゴリの実現を、より簡単にする。

さらなる改良形態では、定常状態の出力信号、または規定されたクロック周期を有する時間的に決められた出力信号を出力回路を用いて選択的に発生させるように評価制御ユニットを設計している。

この改良形態は、ループバック信号を提供するのに出力回路を使用する予定である場合に有利であり、このループバック信号を用いて、例えば、緊急停止押しボタンなどの受動信号装置を監視する。この改良形態は、定常状態の出力信号または時間的に決められた出力信号のどちらかを信号装置に供給して、本発明の安全開閉装置をユーザがさらに柔軟に使用できるようにすることを可能にする。

さらなる改良形態では、評価制御ユニットが、少なくとも１つのスイッチング要素を作動させるために互いに冗長的に入力信号を処理する第１および第２の信号処理チャネルを有している。いくつかの実施形態では、第１および第２の信号処理チャネルが試験スイッチを交互に作動させる。他の実施形態では、安全開閉装置が２つの冗長な試験スイッチを、例えば、互いに直列に有することができ、それぞれの信号処理チャネルが冗長な試験スイッチのうちの１つを作動させる。しかしながら、他の実施形態では、入力回路がただ１つの試験スイッチだけを有しており、入力信号の冗長処理と同様に、２つの信号処理チャネルが、それらの試験結果を比較しながら、このただ１つの試験スイッチを第１の信号処理チャネルが作動させる。

改良形態は、安全開閉装置の信号処理部分内の連続した一障害に対する耐性を可能にして、その結果、高い動作可変性および動作柔軟性を可能にする。

さらなる改良形態では、安全開閉装置が少なくとも２つのスイッチング要素を有し、負荷への電流供給経路を遮断するために、評価制御ユニットがこれらの少なくとも２つのスイッチング要素を冗長的に作動させる。

この改良形態もまた、カテゴリ４／ＳＩＬ３の要件を満たす安全回路をユーザが実現するのを簡単化するのに寄与する。

上述の特徴および下記の本文中でさらに説明する特徴は、それぞれの場合に指定した組み合わせで使用できるだけでなく、本発明の文脈を逸脱することなく、他の組み合わせで、またはそれら単独でも使用できることは言うまでもない。

機械据え付け時の本発明の安全開閉装置の好ましい実施形態の簡略表現を示す図である。 図１の安全開閉装置の設定可変型端子コネクタの例を示す図である。

本発明の実施形態を、図面を参照して、以下に詳説する。

図１は、本発明の安全開閉装置の実施形態に係る装置全体を参照番号１０で示している。一例として、装置１０はロボット１２を含んでおり、ロボット１２の動作時の動きがロボット１２の動作範囲内に居る人々に危険を及ぼす。このため、ロボット１２の動作範囲は防護扉１４を備えた防護フェンスで保護されている。防護扉１４は、例えば、保守作業のために、または設置作業のために、ロボット１２の、保護された動作範囲の中に近づくことを可能にする。しかしながら、通常動作時には、ロボット１２は、防護扉１４が閉まっているときだけ動作する。防護扉１４が開くとすぐに、ロボット１２を停止させたり、または他の好適な方法で安全な状態にさせたりしなければならない。

防護扉１４の閉鎖状態を検出するために、扉部分１６とフレーム部分１８とを有する防護扉スイッチを、防護扉１４上に取り付ける。フレーム部分１８は配線２０上に防護扉信号を発生させて、この防護扉信号は配線２０を通って本発明の実施形態に係る安全開閉装置２２に供給される。

安全開閉装置２２は複数の端子コネクタ２６を備えたＩ／Ｏ部分２４を有している。いくつかの実施形態では、端子コネクタ２６は、安全開閉装置２２の装置ハウジング２７の側面上に配置されている接続端子である。一例として、端子コネクタ２６は、ばね式端子またはねじ込み端子である。他の実施形態では、端子コネクタは、複数の接点要素（ピン）を含むプラグまたはソケットである。いずれの場合にも１つのピンが端子コネクタを形成する。

一例として、現場では、信号装置または他のセンサを接続するための５個の接続ピンを有するＭ８ソケットを使用することが多い。それに対応して、安全開閉装置２２は、開閉装置キャビネットの外の、空間的にロボット１２の近くに配置された装置であってもよい。

安全開閉装置２２は２つの重複する信号処理チャネルを有している。一例として、本明細書では２つのマイクロコントローラ２８ａ、２８ｂを示しており、２つのマイクロコントローラはいずれの場合にもＩ／Ｏ部分２４に接続されている。

安全開閉装置２２がＩ／Ｏ部分の端子コネクタ２６において受け取った入力信号を、マイクロコントローラ２８ａ、２８ｂが、この場合、互いに冗長的に処理して、矢印２９で示すように、それらの結果を比較する。

２つのマイクロコントローラ２８ａ、２８ｂの代わりに、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、および／または他の信号処理回路を使用することもできる。安全開閉装置２２は、少なくとも２つの互いに冗長な信号処理チャネルを有することが好ましく、これらの信号処理チャネルは、いずれの場合にも、論理的な信号処理に基づいてロボット１２を停止させるスイッチング要素を作動させるために、かかる論理的な信号処理を与えることができる。

安全開閉装置２２は２つの重複するスイッチング要素３０ａ、３０ｂを有している。これらの２つのスイッチング要素のそれぞれは、接触器４０ａ、４０ｂに電流フローを提供したり、またはこの電流フローを遮断したりする。このために、電圧電位３２が安全開閉装置２２の端子コネクタ３８ａ、３８ｂまで通じるのを切り替えることができる。この結果、スイッチング要素３０のそれぞれは、接触器または電磁バルブなどのアクチュエータを停止させることができる。

接触器４０ａ、４０ｂはそれぞれ常時開接点４２ａ、４２ｂを有し、電力供給４４からロボット１２までの電流供給経路内に常時開接点４２ａ、４２ｂを互いに直列に配置している。安全開閉装置２２が接触器４０ａ、４０ｂへの電流を遮断するとすぐに、接点４２がはずれて、ロボット１２への電力供給が止まる。

このような「極端な」停止は、本明細書において一例として説明していることを当業者は認識するであろう。他の方法として、ロボット１２の他の部分は動作可能な状態に保ったままで、ロボット１２の一部分だけ、例えば、危険な動きなどを安全上の理由で停止させることができる。また、停止を遅らせることも考えられ、動きを停止させる前に制御された方法でロボット１２を減速させるようにしてもよい。

安全開閉装置１２は、配線２０上の防護扉スイッチの信号に基づいて、および緊急停止押しボタン４６からのさらなる入力信号に基づいて、スイッチング要素３０ａ、３０ｂを作動させる。なお、緊急停止押しボタン４６は、配線を通じて安全開閉装置２２の端子コネクタ２６につながっている。

安全開閉装置２２は、個々の信号装置に供給される出力信号を発生させる。例えば、このような出力信号は、配線４８を通じて防護扉スイッチのフレーム部分１８に導かれる。扉部分１６がフレーム部分１８の近くにあるとき、すなわち、防護扉１４が閉まっているとき、フレーム部分１８は配線４８からの安全開閉装置２２の出力信号を配線２０へと戻してループにする。したがって、安全開閉装置２２は、配線４８上の出力信号を用いて、および配線２０上の入力信号を用いて、防護扉スイッチを監視できる。同じような方法で、安全開閉装置２２は、緊急停止押しボタン４６を監視する。

図１の表現から逸脱して、実際には、安全開閉装置２２は２つの冗長な出力信号を使用する場合が多く、この冗長な出力信号は別々の信号線を通じて信号装置に供給され、信号装置を通じて安全開閉装置２２にループバックされる。このような実施例として、特許文献５は、信号装置のこのような冗長な監視の詳細に関して言及しており、当該文献は本明細書に組み込まれているものとする。実際には、緊急停止押しボタン４６もまた、冗長な入出力線を用いて監視する場合が多い。

図２は、安全開閉装置２２の、設定で変えることのできる(configurable)端子コネクタ（設定可変型端子コネクタという）を実現するための好ましい実施形態を示している。すなわち、信号装置を接続するためのすべての信号入力を、このような端子コネクタの形で、または同様の、設定可変型端子コネクタの形で実現している。さらに、Ｉ／Ｏ部分２４の出力もまた、このような端子コネクタまたは設定可変型端子コネクタの形で実現している。安全開閉装置２２は、入力として、または出力として選択的に使用できる、設定可変型端子コネクタ２６のみを備えるようになっていてもよい。

さらに、安全開閉装置２２の端子コネクタ３８ａ、３８ｂもまた、図２に示す種類の、設定可変型端子コネクタとして実現できる。これらの場合では、安全開閉装置２２は、信号装置および／またはアクチュエータを接続するのに、設定可変型端子コネクタのみ有することが出来る。このような実施形態では、したがって、安全開閉装置２２は、動作電圧（Ｕ_Ｂおよび接地）を供給するための追加の接続部と、例えば、ＳａｆｅｔｙＮＥＴ ｐ（登録商標）のようなフィールド・バス・システム用の接続部などの、データ通信用の端子コネクタとが必要になる。

図２に示すように、安全開閉装置２２は、各端子コネクタ２６に対して入力回路５４と出力回路５６とを有している。入力回路５４は、端子コネクタ２６に供給される入力信号を受け取るため、例えば、防護扉スイッチ１８からの信号２０を受け取るために使用される。出力回路５６は、例えば、配線４８を通じて防護扉スイッチ１８に伝達される出力信号などの出力信号を発生させるために使用される。これらの場合では、設定可変型端子コネクタ２６を、入力または出力のどちらかとして使用している。すなわち、１つの設定可変型端子コネクタ２６は、同時に両方の機能を果たすことはない。

ノード５８で入力回路５４と出力回路５６とを結合している。ノード５８は電気的に直接にコネクタ２６につながっている。しかしながら、他の実施形態では、端子コネクタ２６における端子または接点要素と、ノード５８の間に、フィルタ回路またはその種の他のものなどのいくつかの構成要素を配置できる。

出力回路はＭＯＳトランジスタ６０を有しており、このＭＯＳトランジスタ６０のソース端子が、規定された電圧電位６２につながっている。電圧電位６２は、例えば、２４ボルトの電位であってもよい。この２４ボルトの電位は、電源（本明細書では図示せず）から安全開閉装置２２に供給される動作電圧から導出したものである。

ＭＯＳトランジスタ６０のソース・ドレイン経路と並行して、本明細書では抑制ダイオード６４を配置しており、誘導負荷の停止時のピーク電圧を制限している。ＭＯＳトランジスタ６０のゲート端子が、接続点６６につながっており、この接続点６６を安全開閉装置２２の評価制御ユニット２８に供給して、評価制御ユニット２８がＭＯＳトランジスタ６０を切り替えて、選択的に伝導したり、または遮断したりできるようになっている。

いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏ部分２４が論理ＡＮＤゲート（本明細書では図示せず）を含んでいてもよく、このＡＮＤゲートの出力は接続点６６につながっており、ＡＮＤゲートの少なくとも２つの入力は、いずれの場合にも、評価制御ユニットの信号処理チャネル２８ａ、２８ｂのうちの１つによって作動する。

入力回路５４は試験スイッチを有しており、それは、ノード５８と、さらなる接続点７０との間の直列トランジスタ６８として配置されている。図示の実施形態では、トランジスタ６８はＰＮＰトランジスタである。ＰＮＰトランジスタ６８のコレクタが接続点８４につながっており、他方、ＰＮＰトランジスタ６８のエミッタが抵抗器７２を介してノード５８につながっている。ＰＮＰトランジスタ６８のベースが電圧分割器のタップにつながっており、電圧分割器の第１の抵抗器７４がベース・エミッタ経路と並行してつながっており、他方、電圧分割器の第２の抵抗器７６が、さらなるトランジスタ７８のエミッタにつながっている。さらなるトランジスタ７８のエミッタは接地電位につながっている。さらなるトランジスタ７８のベース端子が、さらなる接続点８０につながっている。また、さらなる接続点８０は、評価制御ユニット（本明細書では図示せず）につながっている。いくつかの実施形態では、接続点８０は信号処理チャネル２８ａ、２８ｂのうちの一方だけにつながっている。

いずれの場合にも、接続点８０における制御信号を通じて、評価制御ユニットが直列トランジスタ６８を切り替えて、伝導したり、または遮断したりすることができ、その結果、端子コネクタ２６における入力信号が選択的に接続点７０まで通り抜けるように切り替えたり、または端子コネクタ２６における入力信号を接続点７０から切り離したりする。後者の場合では、入力信号が、もはや接続点７０を経由して評価制御ユニットに到達することができないため、評価制御ユニットは、直列トランジスタ６８を用いて、端子コネクタ２６における入力信号を抑制することになる。

参照番号８２は、ＭＯＳトランジスタ６０のドレイン端子からノード８４に通じる信号経路を示している。ノード８４は、直列トランジスタ６８のコレクタにつながっている。したがって、信号経路８２は、ノード５８とノード８４とを通ってつながる橋渡し経路を形成する。また、信号経路８２内に抵抗器８６を配置している。さらに、ダイオード８８が、ノード５８と、ＭＯＳトランジスタ６０のドレイン端子の間に逆方向につながっており、それにより、端子コネクタ２６からの入力信号が信号経路８２を通ってノード８４に到達することができないようになっている。しかしながら、ＭＯＳトランジスタ６０のドレイン端子における出力信号は、抵抗器８６とノード８４とを経由して接続点７０に伝わる。

本明細書に示す、設定可変型端子コネクタ２６は、下記のように作動する。

端子コネクタ２６を、出力信号を出力するための出力として使用する予定であるときには、評価制御ユニットの信号処理チャネル２８ａ、２８ｂは、接続点６６を通じてＭＯＳトランジスタ６０を選択的に制御して、伝導したり、または遮断したりするようにする。このように、評価制御ユニットは、高レベル（電圧電位６２）と、低レベル（０ボルト、高インピーダンス）の間で変化する出力信号を、端子コネクタ２６において発生させることができる。

信号処理チャネル２８ａ、２８ｂは、信号経路８２と接続点７０とを経由して、端子コネクタ２６において発生した出力信号をリードバックできる。これは、接触器４０ａ、４０ｂのうちの１つを切り替えて、伝導したり、または遮断したりするのに、ＭＯＳトランジスタ６０をスイッチング要素３０ａ、３０ｂのうちの１つとして使用する場合に、特に有利である。

評価制御ユニットは、ＭＯＳトランジスタ６０が端子コネクタ２６における出力信号を発生している間は、接続点８０を通じてトランジスタ７８を作動させて、直列トランジスタ６８を開状態にするようにして、出力回路から入力回路を切り離している。

対照的に、端子コネクタ２６を入力として使用する予定であるときには、評価制御ユニットは、接続点６６を通じてＭＯＳトランジスタ６０を開状態にする。もしＭＯＳトランジスタ６０が誤りなく作動すれば、信号経路８２は高インピーダンス・パスになる。入力信号は、直ちに、端子コネクタ２６と直列トランジスタ６８とを通って接続点７０まで伝わり、接続点７０から、評価制御ユニットの２つの信号処理チャネル２８ａ、２８ｂまで伝わることができる。

例として、図２の参照番号９０に入力信号を示している。入力信号９０は、最初の期間９２内に任意の信号状態を有することができる。この入力信号９０は、伝導状態に切り替わった直列トランジスタ６８を通って接続点７０まで伝わる。もし入力信号９０が期間９４内に高信号レベルを有している場合には、入力信号９０は、伝導状態に切り替わった直列トランジスタ６８を通って接続点７０まで伝わる。

しかしながら、評価制御ユニットが接続点８０において周期的な制御信号９６（例えば、矩形信号など）を発生させることにより周期的な時間間隔で直列トランジスタ６８を利用して、入力信号９０を抑制することができる。すなわち、制御信号９６のそれぞれの正の信号パルスを用いて、制御トランジスタ７８は直列トランジスタ６８を開状態にする。それに対応して、規定された時間間隔９８の間は、信号９０の高レベル９４は接続点７０に到達できない。

評価制御ユニット自体がこの試験を開始することにより、評価制御ユニットは端子コネクタ２６における入力の機能性、特に、抑制された入力信号９８を用いて低レベルを検出する能力、を調べることができる。

もし構成要素障害が原因でＭＯＳトランジスタ６０が故障した場合、電圧電位６２は信号経路８２を介してノード８４まで伝わることになり、その結果、直列トランジスタ６８を遮断していても、評価制御ユニットも同様に高電位を「経験する」ことになる。このことを参照番号１００において象徴的に示している。このような場合には、評価制御ユニットは、もはや端子コネクタ２６において低レベルを検出できない可能性がある。したがって、このような場合には、装置１０を安全な状態の停止に至らせるために、評価制御ユニットは端子コネクタ３８において停止信号を発生させる。

このように、本発明の安全開閉装置２２は、安全開閉装置の入力または出力として選択的に使用できる、設定可変型端子コネクタ２６を採用している。安全開閉装置２２が、試験スイッチ６８と橋渡し信号経路８２とのおかげで、入力において安全関連の低レベルを検出することを確保しているため、安全機能を実現するのに入力機能と出力機能の両方を使用できる。安全な出力を実現するために、安全開閉装置２２は、好ましい実施形態では、複数の、設定可変型端子コネクタを提供しており、電気負荷を冗長的に停止させるための冗長なスイッチング要素として、いずれの場合にも、２つの出力回路５６を使用できるようになっている。

Claims (10)

1. 電気負荷（１２）をフェイルセーフに停止させる安全開閉装置であって、
   複数の端子コネクタ（２６、３８）と、安全関連状態を示す信号装置（１８、４６）から入力信号（２０、９０）を受け取る少なくとも１つの入力回路（５４）と、出力信号（４８）を出力する少なくとも１つの出力回路（５６）と、前記電気負荷（１２）への電流供給経路（４４）を遮断するように設計された少なくとも１つのスイッチング要素（３０）と、前記入力信号（２０、９０）に基づいて前記少なくとも１つのスイッチング要素（３０）を作動させるように設計された評価制御ユニット（２８）とを含み、
   前記入力信号（９０）を受け取る入力端子として、または前記出力信号（４８）を出力する出力端子として、前記１つの端子コネクタ（２６）を選択的に使用できるように、前記少なくとも１つの入力回路（５４）と、前記少なくとも１つの出力回路（５６）とを、前記複数の端子コネクタ（２６）の１つによって結合し、
   前記入力回路（５４）が、前記評価制御ユニット（２８）に接続された試験スイッチ（６８）を有し、前記評価制御ユニット（２８）が、前記試験スイッチ（６８）を用いて前記入力信号（９０）を選択的に抑制するように設計されている、安全開閉装置。
2. 前記少なくとも１つの入力回路（５４）と、前記少なくとも１つの出力回路（５６）とを、前記１つの端子コネクタ（２６）と前記試験スイッチ（６８）の間にあるノード（５８）によって結合している、請求項１に記載の安全開閉装置。
3. 前記出力回路（５６）に接続され、前記試験スイッチ（６８）を迂回する信号経路（８２）をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の安全開閉装置。
4. 前記端子コネクタ（２６）から前記信号経路（８２）を切り離すために前記信号経路（８２）と前記端子コネクタ（２６）の間に配置されたダイオード（８８）または同機能の構成要素をさらに含む、請求項３に記載の安全開閉装置。
5. 複数の入力回路（５４）と複数の出力回路（５６）とを含み、それらを複数の接続端子（２６）でそれぞれ二つ一組で結合している、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
6. 前記出力回路（５６）のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つのスイッチング要素（３０）となる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
7. 前記評価制御ユニット（２８）が、規定された時間間隔の中で繰り返し前記試験スイッチ（６８）を用いて前記入力信号（９０）を抑制するように設計されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
8. 前記評価制御ユニット（２８）が、定常状態の出力信号、または規定されたクロック周期を有する出力信号を前記出力回路（５６）を用いて選択的に発生させるように設計されている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
9. 前記評価制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのスイッチング要素（３０）を作動させるために互いに冗長的に前記入力信号（９０）を処理する第１および第２の信号処理チャネル（２８ａ、２８ｂ）を有している、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
10. 少なくとも２つのスイッチング要素（３０ａ、３０ｂ）を含み、前記電気負荷（１２）への前記電流供給経路（４４）を遮断するために、前記評価制御ユニット（２８）が前記少なくとも２つのスイッチング要素（３０ａ、３０ｂ）を冗長的に作動させる、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の安全開閉装置。

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