JP6156975B2 - 自動化設備のためのセンサ構成 - Google Patents

Description

本発明は、自動化された仕方で作動される設備の安全な設備状態を検知するためのセンサ構成に関するものである。

このようなセンサ構成が下記特許文献1に開示されている。

特許文献1は、異なる入力信号を受信することができる、いわゆる受信ヘッドの形態の入力回路を有するセンサ構成を開示している。異なる入力信号は複数のトランスポンダから来ており、各トランスポンダは、受信ヘッドの周辺に入ったときに、個別の識別信号を発信する。評価ユニットは識別信号を使用して、どのトランスポンダが特定の時間に受信ヘッドの周辺にあるかを決定することができる。

公知のセンサ構成は特に、可動部品の異なる作動位置を検知するのに使用される。一例では、トランスポンダがローリングドアの横方向の縁部上に配置されている。ローリングドアの開いた位置または閉じた位置に依存して、受信ヘッドは異なるトランスポンダ信号を入力信号として受信する。評価ユニットは受信されたトランスポンダ信号を利用して、ローリングドアの開いた位置または閉じた位置を判断することができ、それに基づいて、ローリングドアを開くまたは閉じるために使用されるモータ制御ユニット用の制御指令を生成することができる。

検知された位置に基づきローリングドアを制御することは、機械部品が移動される自動化された工程の典型的な例である。部品が特定の精度で移動されなければならない場合は多くある。ゆえに、瞬間的な位置、および/または、例えば移動速度などの他の移動変数を判断することが必要である。不具合は所望の作動手順を混乱させる可能性がある。製品の自動化された製造中、不具合は特に製品品質および/または生産性に影響する場合がある。

さらに、例えば危険な機械への接近を閉ざす保護ドア(guard door)の場合に、可動部品の作動位置が安全性に関連する場合がある。そのような場合、保護ドアが開いているときに機械を始動させることができないようにすることを、確実に行わなければならない。ここで、位置判断の正確性は、閉じた保護ドアが確実に検知されている限り、重要ではない。他方、センサ構成における不具合は、どのような状況であれ、保護ドアが開いているときに機械を始動させることができる結果につながってはならない。

これらの異なる要求から、センサ構成および制御器は、自動化された設備の通常の作動手順のため、または、危険な機械を保護するために開発されてきた。実務的には、自動化された設備の通常の作動手順に関連した、いわゆる標準的な用途と、危険な機械動作などから守るために主に使用されるフェールセーフな用途との間で、しばしば区別がなされている。

フェールセーフな用途での不具合は人の健康を、または命さえも危うくする可能性があるので、標準的な用途での不具合が製品の品質および/または設備の生産性に「のみ」影響するのに対し、フェールセーフな用途のための構成要素および装置は監督機関からの特別な承認を必要とする。この承認は、考え得るあらゆる不具合の場合に、意図された安全機能も確保されている場合にのみ与えられる。

ゆえに、フェールセーフな用途のための構成要素には、標準的な用途のための構成要素および装置と比較して、必要とされるフェールセーフ性を達成するために、かなり程度の高い設計努力が要求される。くわえて、フェールセーフな用途のための装置または構成要素に対する変更は、監督機関によって再度試験されなければならない。これは、変更が、不具合の場合に、要求される安全機能が損失する原因となる場合があるためである。

フェールセーフ性に課せられる、より高い要求のために、標準的な用途のための装置および構成要素と、フェールセーフな用途のための装置/構成要素との間で区別がなされてきた。

しかし、（冒頭で言及した）特許文献1のセンサ構成は、標準的な用途（移動を制御するためにローリングドアの現在の作動位置を判断すること）を安全機能（例えば保護ドアとしての使用のための、完全に閉じたドアのフェールセーフな検知）と組み合わせることを可能にしている。

それにもかかわらず標準的な用途とフェールセーフな用途との間を区分するために、特許文献1は、標準的な部分および別体のフェールセーフな部分を内部に有する評価ユニットを提案している。異なるトランスポンダからの入力信号は、2つの部分に、並行して供給される。しかし、評価ユニットからの出力信号は、標準的な用途およびフェールセーフな用途のために明らかに分けられている。

ゆえに、この公知のセンサ構成は、異なる識別信号を受信するよう設計された単一のセンサ部品を、識別信号の1つがフェールセーフな用途のための安全関連の信号とされた状態で使用し、その際に、他の信号が、安全に関連しない仕方で作動手順を制御するための標準的な信号となることを可能にする。

特許文献2は、フェールセーフな用途を専用に意図されたセンサ構成を開示している。この公知のセンサ構成も、トランスポンダから来る信号を受信するための入力回路を有している。センサ構成は冗長な設計を有しており、互いを監視する2つのマイクロコントローラを有している。2つの切り換え素子が冗長な出力信号を生成する。このセンサ構成は、保護ドアの閉じた位置を、冗長な出力信号がともに保護ドアの安全な閉じた位置のみを信号出力している状態で、監視するのに使用することができる。

フェールセーフな用途のための類似の2チャネルのセンサ構成が特許文献3に開示されている。

特許文献4は、フェールセーフな仕方で保護ドアを監視するための、さらに別のセンサ構成を開示している。この場合、切り換え素子がトランスポンダからの信号を受信するための入力回路内に配置されており、この切り換え素子を、トランスポンダからの入力信号を抑制するために選択的に使用することができる。このようにして、切り換え素子により、センサの不具合なしの作動を保証する定期的な機能試験が可能になる。

独国特許出願公開第103 37 660号明細書 独国特許出願公開第10 2004 020 997号明細書 欧州特許出願公開第0 968 567号明細書 独国特許出願公開第103 34 653号明細書

以上に記述した背景技術において、本発明の目的は、標準的な用途のため、および、フェールセーフな用途のための両方に使用することのできる代替的なセンサ構成を提供することにある。特に、費用効果の高い仕方で実施することができ、小さくてコンパクトな構造を有するセンサ構成を提供することを目的とする。

本発明の一局面によれば、前記目的は、第１のアクチュエータから第1入力信号を受信するよう設計され、かつ、第１のアクチュエータとは異なる少なくとも１つのアクチュエータから少なくとも1つのさらなる入力信号を受信するよう設計された入力回路であって、第1入力信号は、検知されることになる安全な設備状態に依存し、さらなる入力信号は他の状態に依存している、入力回路と、第1出力信号および第2出力信号を出力するための第1出力および少なくとも1つの第2出力と、第1入力信号をフェールセーフな仕方で評価し、それに基づいて、第1および第2出力で第1および第2出力信号を生成する評価ユニットであって、第1および第2出力信号は、組み合わされて安全な設備状態を信号出力する冗長な信号対を形成する、評価ユニット（64）とを備える、センサ構成により達成される。ここにおいて、評価ユニットはさらに、さらなる入力信号を評価し、それに基づいて、第1出力で第3出力信号を、かつ、第2出力で第4出力信号を生成するよう設計されており、第3および第4出力信号は、冗長な信号対と異なる非冗長な信号対を形成する。

本発明のセンサ構成は、フェールセーフな用途のために設計されたフェールセーフなセンサ構成である。なぜなら、それは、第1入力信号をフェールセーフな仕方で評価し、それに基づいて冗長な信号対を生成するよう設計された評価ユニットを有しているからである。「フェールセーフ」とは、センサ構成が、関連する規格EN 954-1、IEC 61508、ISO 13849に係るカテゴリー3、SIL3もしくはパフォーマンスレベルPL dに適合していること、または、フェールセーフな用途のための類似の規格に適合していることを意味している。

冗長な信号対は、第1出力に第1出力信号を、第2出力に第2出力信号を備えており、これら2つの信号はそれぞれ同一の情報を伝える。ゆえに、原則として、第1出力信号に基づき、より高い水準の制御器に安全な状態を信号出力するには、出力信号の一つで十分であろう。しかし、出力信号の一つが、壊れたトランジスタまたは電圧電位への短絡などの不具合の結果として、安全な状態を誤って信号出力し得る信号水準を取ることも、一般的に可能である。ゆえに、本発明のセンサ構成は第2出力を有しており、第1および第2出力信号は一緒のときにのみ安全な設備状態を信号出力する。

くわえて、本発明のセンサ構成の評価ユニットは、他の入力信号を評価し、それに基づいて、第1出力で第3出力信号を、かつ、第2出力で第4出力信号を生成するよう設計されてもいる。第3および第4出力信号は非冗長な信号対を形成する。すなわち、これらは同一の情報を伝えない。すなわち、第3および第4出力信号により形成された非冗長な信号対は、冗長な信号対と異なっている。

ゆえに、より高い水準の制御器は、第1および第2出力で供給される信号対が安全な設備状態を信号出力しているかどうか（すなわち、評価ユニットが第1および第2出力で第1および第2出力信号を生成しているかどうか）を認識することができる。しかし、最後に言及した場合では、センサ構成は第3および第4出力信号を使用して、安全関連でない状態（例えば、可動部品の安全関連でない作動状態）を信号出力することができる。冗長な信号対および非冗長な信号対の両方は第1および第2出力で供給される。

すなわち、本発明のセンサ構成の評価ユニットは、第1および第2出力をフェールセーフな用途のため、および、標準的な用途のための両方に使用することができる。ゆえに、本発明のセンサ構成は、フェールセーフな用途のため、および/または、標準的な用途のために使用することができる。特に、第1出力および冗長な第2出力を非冗長な個別の出力として使用することが可能である。

ゆえに、公知のフェールセーフなセンサ構成と比較して、本発明のセンサ構成は拡張された機能の範囲を有している。拡張された機能の範囲には、安全関連でない（他の）入力信号に基づき、冗長な出力を安全でない個別の出力として使用することも含まれる。他の入力信号に基づき、評価ユニットは、冗長な安全出力の少なくとも1つのみにおいて、情報を伝える第3出力信号または情報を伝える第4出力信号を生成する。他の安全出力はそれぞれ、組み合わされて安全な設備状態を信号出力する冗長な信号対との混同を回避することを保証する既定の出力信号により占められる。

本発明のセンサ構成は、費用効果の高い仕方で、かつ、非常に小さい構造により実施することができる。これは、フェールセーフな用途のために必要とされる評価ユニットが、標準的な用途のためにも使用されるからである。くわえて、本発明のセンサ構成は、標準的な信号用の追加の出力を必要としない。ゆえに、上述した本発明の目的が完全に達成される。

好ましい改良形態では、評価ユニットは、入力回路が第1入力信号のみを受信した場合にのみ、第1および第2出力信号を有する冗長な信号対を生成する。

この改良形態では、評価ユニットは、入力回路が排他的に第1入力信号を受信した場合に、そしてその場合にのみ、冗長な信号対を生成する。第1入力信号に加えてさらなる入力信号が受信された場合、評価ユニットは、第1入力信号も受信されていたとしても、冗長な信号対を生成しない。この改良形態により、センサ構成が純粋にフェールセーフな用途として作動しているときにのみ、安全関連の冗長な信号対が出力されることが保証される。本改良形態には、評価ユニットが、第1入力信号とさらなる入力信号との間の論理積を実行しないことが含まれる。冗長な信号対は第1入力信号にのみ依存する。本改良形態には、本発明のセンサ構成の安全機能が、公知のフェールセーフなセンサ構成と比較して、変化されていないという利点がある。さらなる入力信号が安全機能に影響を及ぼすことは防止されている。さらなる入力信号が安全機能に影響を与えることは防止されている。その結果、この改良形態は、フェールセーフな用途のための公知のセンサ構成との費用効果の高い互換性を、拡張された機能の範囲を備えながら可能にしている。

別の改良形態では、第1および第2出力での出力信号はそれぞれ、活性の第1信号水準または不活性の第2信号水準を有するバイナリ信号であり、第1および第2出力信号はそれぞれ、活性の第1信号水準を有している。

この改良形態では、ともに冗長な信号対を形成する第1および第2出力信号はそれぞれ、活性の信号水準を少なくとも一時的に有している。活性の信号水準は、センサ構成の作動電圧および対応する始動を必要とする。これと比較して、いくつかの実施形態での不活性の信号水準は、センサ構成がスイッチを切られているときに第1および第2出力での信号水準に対応する信号水準であってもよい。しかし、他の実施形態では、不活性の第2信号水準が「存在しない」出力信号と異なっていることも可能である。いくつかの実施形態では、活性の第1信号水準は、基準電位に関連し基準電位とかなり区別される正の電圧であり、不活性の第2信号水準は基準電位にほぼ対応する電圧である。いくつかの実施形態では、第1および第2出力での出力信号は、活性の第1信号水準または不活性の第2信号水準を交互に帯びる、計時されたバイナリ信号であってもよい。本改良形態には、評価ユニットが第1および第2出力信号を明確に生成したときにのみ、第1および第2出力信号により、安全な設備状態を信号出力できるという利点がある。これにより、フェールセーフな用途のために好ましい、いわゆる「自己消費電流法（quiescent current principle）」が実施される。

別の改良形態では、第3出力信号または第4出力信号は、不活性の第2信号水準に対応している。

この改良形態では、非冗長な信号対の2つの出力信号の一方が、不活性の第2信号水準を恒久的に、または、少なくとも大部分恒久的に有している。すなわち、対応する出力は事実上「スイッチを切られている。」対照的に、好ましい実施形態における第1および第2出力信号はそれぞれ、活性の第1信号水準を有している。本改良形態は、標準的な用途のための出力信号を、フェールセーフな用途のための安全関連の出力信号から確実に区別するための、簡単で費用効果の高い選択肢である。

別の改良形態では、第1および第2出力信号はそれぞれ、定期的に変化する信号水準を有している。

いくつかの好ましい実施形態では、第1および第2出力信号は、既定の、かつ、好ましくは固定の期間/周波数を有するクロック信号である。いくつかの実施形態では、第1および第2出力信号はそれぞれ、異なるクロック周波数および/または位相角を有している。これらの改良形態は、動的な出力信号を使用して、安全な設備状態を信号出力している。既定の期間継続/周波数を有する動的な信号は「無作為に」生成されないため、これらの改良形態は、フェールセーフ性を増加させる。第1および第2出力信号が送信される信号回線の短絡は、クロック信号が異なる周波数および/または位相角を有している場合、より容易に検知することができる。

別の改良形態では、評価ユニットは、一時的に連続した間隔で、冗長な信号対および非冗長な信号対を生成する。

この改良形態では、本発明のセンサ構成は、冗長な信号対および非冗長な信号対を送信するためのタイムスロット法を可能にする。例えば、冗長な信号対は、より高い水準の安全制御器の処理サイクルに適合された周期的な時間間隔で、（第1出力信号に基づき）生成することができる。第3および第4出力信号は、冗長な信号対を送信するための時間間隔の間に送信することができる。この改良形態には、例えば、設備がスイッチを切られたあとで、より高い水準の安全制御器へ標準的な制御指令を送るために、冗長な信号対が取り消されたあとで、非冗長な信号対を生成することも含まれている。本改良形態により、センサ構成と、より高い水準の安全制御器との間の回線の数が少ない状態で、標準的な用途およびフェールセーフな用途の両方のために、本発明のセンサ構成を組み合わせて使用することが可能になる。

別の改良形態では、本発明のセンサ構成は、入力回路および評価ユニットが配置される第1装置ハウジングと、第1装置ハウジングから空間的に分離され、第1入力信号の1つを生成する少なくとも1つのアクチュエータとを有している。アクチュエータは第1入力信号を生成するのが好ましい。

この改良形態により、可動部品の作動位置を検知するよう設計された、非常に頑丈なセンサ構成が可能になる。このようなセンサ構成は、標準的な用途およびフェールセーフな用途の両方のために必要とされる。この改良形態のセンサ構成は特に、標準的な用途およびフェールセーフな用途の両方のために重要な作動位置を検知するのに適切である。したがって、この改良形態により、このような用途のための、特に費用効果の高い実施が可能になる。

別の改良形態では、アクチュエータは、1つの入力信号を介して評価ユニットに送信される個別の識別コードを有している。

この改良形態では、アクチュエータはトランスポンダ、特にRFIDトランスポンダを備えている。入力回路は、識別コードを読み取るために読み取りヘッドを備えている。本改良形態により、異なる入力信号の間の操作および容易な区別に対する安全性およびセキュリティが増加する。

別の改良形態では、少なくとも1つのアクチュエータは、個別の識別コードを有する第1アクチュエータと、さらなる個別の識別コードを有する少なくとも1つのさらなるアクチュエータとを備え、評価ユニットは、第1の個別の識別コードおよびさらなる個別の識別コードに基づき、第1入力信号をさらなる入力信号から区別する。

この改良形態では、第1入力信号およびさらなる入力信号はそれぞれ、実質的にそれらの個別の識別コードによってのみ異なっている信号である。好ましい実施形態では、センサ構成は、評価ユニットが識別コードを使用して第1入力信号またはさらなる入力信号が関係しているのかを検知している状態で、第1アクチュエータに第1トランスポンダを、かつ、さらなるアクチュエータにさらなるトランスポンダを備えている。この改良形態により、第1アクチュエータをフェールセーフな用途のために使用しながら、さらなるアクチュエータを標準的な用途のために使用することが可能になる。センサ構成を異なる用途に適用することは、この改良形態では非常に簡単で費用効果が高い。

別の改良形態では、評価ユニットは、出力信号の少なくとも1つ内で個別の識別コードを統合する。

この改良形態では、個別の識別コードは出力信号の少なくとも1つに含まれる。このような仕方で、本発明のセンサ構成は、個別の識別コードを有する、より高い水準の制御ユニットを提供することができる。バイナリ信号と組み合わせて、本改良形態は、個別の識別コードの統合が動的な出力信号につながるという利点を有しており、これはフェールセーフな用途に関して有利である。

別の改良形態では、入力回路が、さらなる入力信号を供給するためのケーブル接続を有している。

この改良形態では、本発明のセンサ構成は、例えば、より高い水準の制御器用に安全関連でない承認信号を生成するためにオペレータが使用することのできる押しボタン用に使用することができる接続を有している。ゆえに、この改良形態のセンサ構成により、フェールセーフなセンサ構成の冗長な出力が、標準的な信号を送信するための「別の目的に変換され」ている状態で、より高い水準の制御器に簡単な信号装置を費用効果の高い仕方で接続することが可能になる。

言うまでもなく、上述した特徴および以下に説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなしに、それぞれ説明した組み合わせだけでなく、他の組み合わせまたは単独でも使用することができる。

本発明のセンサ構成の実施形態を有する自動化された設備の略図である。 図1に係る設備におけるセンサ構成の実施形態である。

本発明の実施形態を図面に示し、以下の記述において、より詳細に説明する。

図1では、本発明のセンサ構成の複数の実施形態を有する設備の全体を、参照番号10により示している。設備10は、仕掛かり品（以下「ワークピース」という。図示せず）を輸送台車14に載置するロボット12を備えている。

輸送台車14は、例えば、ワークピースをさらなるロボット（図示せず）へと供給するために、矢印16の方向に動くことができる。設備10は本明細書中で単なる例として示されており、本発明のセンサ構成のための多くの用途の1つを示しているに過ぎない。

参照番号18'は、本発明のセンサ構成の実施形態を示している。センサ構成18'は、センサ部品20'と、センサ部品20'から空間的に分離された複数のアクチュエータ22a、22bとを有している。

本明細書中に示す例では、アクチュエータ22a、22bは、輸送台車14上の異なる位置に配置されている。センサ部品20'は、センサ部品20'の近傍に、対応するアクチュエータが進入した場合に、アクチュエータ22a、22bの存在を検知することができる。アクチュエータ22aとセンサ部品20'との間の距離が大き過ぎる場合、センサ部品20'はアクチュエータを検知できない可能性がある。これは、図1に示すアクチュエータ22aに当てはまる。センサ部品20'はアクチュエータ22a、22bを使用して、既定の時間に輸送台車14のどの端部がセンサ部品20'の領域にあるかを検知することができる。このような情報は、設備10の操作手順を制御するため（すなわち、センサ構成18'を使用して輸送台車14の位置を判断する標準的な用途）に重要である。

ロボット12の移動はしばしば、速過ぎてロボット12の作業領域にいる人々にとって危険である。ゆえに、ロボットの作業領域は一般に保護フェンスおよび保護ドアにより守られている。保護ドアにより、過失を排除しながらロボット12の作業領域に到達することができる。しかし、通常の作動中、人々を危険にさらすことのないよう、保護ドアは閉じられているべきである。

参照番号24はこのような保護ドアを示している。保護ドアの閉じた位置はここで、さらなるセンサ構成18''により監視されている。さらなるアクチュエータ22cが保護ドア24上に配置されている。保護ドア24が閉じられており、したがってアクチュエータ22cがセンサ部品20''の近傍にある場合にのみ、センサ構成18''のセンサ部品20''は、アクチュエータ22cにより生成された信号（図示せず）を検知することができる。

本明細書中に示す実施形態では、センサ構成18''は、ここでオペレータ26が把持するさらなるアクチュエータ22dを備えている。アクチュエータ22dを、例えば、安全関連でない信号をセンサ構成18''を介して、より高い水準の制御装置28に送信するために使用することができる。しかし、他の実施形態では、センサ構成18''は、保護ドア24の閉じた位置を監視するためだけに使用される。すなわち、アクチュエータ22dはこれらの場合に省かれる。

制御装置28は本明細書中で、複数の冗長な信号処理チャネル30a、30bを有する安全制御器の形態で示されている。したがって、制御装置28は少なくとも2つの冗長な切り換え素子32a、32bを有している。信号処理チャネル30a、30bは制御装置28の入力信号を処理し、入力信号に基づいて、設備10内でアクチュエータを駆動するのに使用される制御信号を生成する。

本明細書中のこれらのアクチュエータは2つの接触器34a、34bを有している。接触器34a、34bの通常は開いた接点は、電源36とロボット12の電気的な駆動装置との間に直列に配置されている。制御装置28は接触器34a、34bを使用して、フェールセーフな仕方でロボット12への電源を遮断することができる。

本明細書のロボット12などの危険な機械に対する防護はしばしば、フェールセーフな用途のために特別に設計された安全制御器により達成されるが、操作手順（すなわち標準的な用途）は、別体の、フェールセーフでない操作制御器により制御される。しかし、安全制御器が、フェールセーフな用途に加えて標準的な用途をも実施している場合もある。適切な制御器には例えば、Pilz GmbH & Co. KG（ドイツ、オストフィルダーン）の安全制御器PSS（登録商標）4000がある。

制御装置28はインターフェース部38を有している。インターフェース部38には入力信号を供給することができ、インターフェース部38で（さらなる）出力信号を供給することができる。冗長な接触器34a、34bを駆動するのに使用される切り換え素子32a、32bの出力は通常、インターフェース部38の一部でもあり、本明細書の図は明瞭にするために選択されている。

図示した実施形態では、センサ構成18''のセンサ部品20''は、第1回線40および第2回線42を介して、制御装置28のインターフェース部38に接続されている。センサ部品20''は回線40、42を介して、（安全関連の）センサ信号として制御装置28に供給される2つの出力信号を提供する。

センサ構成18'のセンサ部品20'は、2つのさらなる回線44、46を介して、制御装置28のインターフェース部38に接続されている。回線44、46を介して、センサ部品20'は制御装置28に2つの出力信号を供給する。これらの出力信号は輸送台車14の作動位置を表している。

設備10の作動の方法は以下の通りである。制御装置28が、回線44、46を介して、既定の、繰り返される時間間隔で、センサ構成18'からの出力信号を読み込み、読み込まれている信号により、輸送台車14の現在の作動位置を判断する。それに基づき、かつ、さらなる入力信号（図示せず）に基づき、所望の作動手順を実施するために、制御装置28は、ロボット12および輸送台車14を移動するのに使用されるアクチュエータ用に制御信号を生成する。この制御回路は標準的な用途を実施する。

制御装置28はセンサ構成18''からの出力信号をも読み込む。これは、回線40、42を介して、既定の、繰り返される時間間隔で、センサ構成18''から供給される。

制御装置28は、本明細書に示すように、例えば緊急停止ボタン48により、他のセンサからのさらなる入力信号を読み込むことができる。冗長な信号処理チャネル30a、30bは、センサ構成18''および緊急停止ボタン48からの出力信号を評価し、それに基づいて切り換え素子32a、32bを駆動する。ロボット12は、保護ドア24が閉じられており、かつ、緊急停止ボタン48が作動されていないときにのみ、接触器34a、34bを介して電源36に接続されている。

図2は、本発明のセンサ構成18'、18''の実施形態を示している。好ましい実施形態では、センサ構成18'、18''のセンサ部品20'、20''は同一であり、その結果、予備部品の共通の在庫をセンサ構成18'（標準的な用途）およびセンサ構成18''（フェールセーフな用途）のために使用可能にしておくことができる。ゆえに、以下の説明では、センサ構成18'、18''を区別しない。

センサ構成18は、センサ部品20が配置された装置ハウジング54を有している。いくつかの実施形態では、装置ハウジング54は、別のやり方で、防水加工した仕方で鋳造され、または閉じられている。センサ構成18を電気的に接続することを可能にする接続ピンが、装置ハウジング54上に配置されている。図示した実施形態では、接続ピン56が、作動電圧を供給するために使用され、接続ピン58が、作動電圧が関連付けられている動作接地を供給するために使用される。

参照番号60は、入力信号を受信するための入力回路を示す。好ましい実施形態では、入力回路60は、トランスポンダを読み取るための読み取りヘッドを備えている。

アクチュエータ22a、22cはそれぞれ、参照番号62a、62cで図2に簡略化して示す、個別の識別コードを有するトランスポンダを備えている。各トランスポンダは、それぞれの識別コードを含む信号を生成する。入力回路60はトランスポンダ信号を入力信号として受信し、2つのマイクロコントローラ64a、64bにそれぞれの識別コードを供給する。マイクロコントローラ64a、64bはともに、アクチュエータ22a、22cからのそれぞれの入力信号66a、66cをフェールセーフな仕方で評価する評価ユニットを形成しており、それに基づいて、接続ピン68、70で出力信号を供給する。接続ピン68、70は、回線40、42または44、46を介して、より高い水準の制御装置28に接続されている（図1参照）。

マイクロコントローラの代わりに、本発明のセンサ構成18は、例えば特にFPGA、ASICの形態の他の信号処理回路を有していてもよい。冒頭で言及した特許文献4に記載のように、信号処理チャネル1つだけで、評価ユニットをフェールセーフな仕方で設計することも可能である。この文献は参照により本明細書に含まれる。

好ましい実施形態では、センサ構成18は、外部のイネーブル信号を評価ユニット64a、64bに供給するのに使用することができる、少なくとも1つのさらなる接続ピン72をも有している。冒頭で言及し、参照により本明細書に含まれる特許文献2に記載のように、このようなイネーブル信号により、センサを有利な仕方で直列に接続することが可能になる。

入力信号66aまたは66cに基づき、および、場合によっては接続ピン72での1つ以上のイネーブル信号に基づき、評価ユニット64a、64bは2つの冗長な切り換え素子74a、74bを駆動する。評価ユニット64a、64bは切り換え素子74a、74bを使用して、接続ピン68、70に出力信号を生成する。

評価ユニット64a、64bが保護ドア24上のアクチュエータ22cから入力信号66cを受信した場合、評価ユニット64a、64bは第1出力信号76および第2出力信号78を生成する。第1出力信号76および第2出力信号78はともに、「閉じた保護ドア」という安全な設備状態を信号出力する冗長な信号対を形成する。

図2に簡略化した仕方で示すように、好ましい実施形態における出力信号76、78はそれぞれ、作動電圧におおよそ対応する電圧水準を有している。さらなる実施形態では、第1および第2出力信号76、78は、図1に参照番号84で簡略化して示すように、既定の周波数の交流信号水準を有していてもよい。これらの場合、より高い水準の制御装置28が短絡試験を行うことを可能にすることができるように、第1および第2出力信号は異なる周波数および/または位相角を有しているのが好ましい。

反対に、評価ユニット64a、64bは、アクチュエータ22aから入力信号66aを受信した場合に、切り換え素子74a、74bにより接続ピン68、70で、第3出力信号80および第4出力信号82を生成する。第3および第4出力信号80、82は、冗長な信号対76、78と異なる非冗長な信号対を形成する。例えば、評価ユニット64a、64bは、作動電圧におおよそ対応する高い水準を有する第3出力信号80を生成し、第4出力信号82は、接続ピン58での接地水準におおよそ対応する信号水準を恒常的に有している。

一実施形態において、センサ構成18は、対応する入力信号66を使用して、3つの異なるアクチュエータを検知し、それに基づいて、接続ピン68、70で異なる信号対を生成することができる。一実施形態において、センサ構成は下記の論理表を実施する。

この場合、E1は、例えば閉じた保護ドア24という、安全関連の設備状態を信号出力する第1入力信号を示している。E2およびE3は、輸送台車14の作動位置またはアクチュエータ22dにより生成されたオペレータ信号などのさらなる状態を表す、安全関連でない入力信号である。

上記の表から理解できるように、第1入力信号E1のみが受信されている場合に、センサ構成18は、2つの活性の信号水準を有する冗長な信号対を生成する。1つ以上の入力信号が受信されるとすぐに、評価ユニットは、表中で「0」で表される不活性の信号水準のみを、接続ピン68、70で生成する。第2入力信号E2のみが受信されている場合、センサ構成18は、第1切り換え素子74aにより、活性の信号水準を接続ピン68で生成し、不活性の信号水準は接続ピン70で生成される。このようにして、センサ構成は、さらなる入力信号E2が検知されていることを、より高い水準の制御装置28に通知することができる。これは、例えばアクチュエータ22aから来てもよい。

対応するやり方で、例えばアクチュエータ22bからの第3入力信号のみが検知されている場合に、センサ構成18は、不活性の信号水準を接続ピン68で生成し、活性の信号水準を接続ピン70で生成する。

以上のように、本発明のセンサ構成18はこのようにして、安全関連の冗長な信号対、および代わりに、2つの非冗長な信号対を接続ピン68、70で生成することができる。第1入力信号またはさらなる入力信号に基づき、本発明のセンサ構成はそれに応じて、冗長な出力回線40、42または44、46上で、異なる信号対を供給する。ゆえに、センサ構成18のセンサ部品20は、保護ドア24を監視するための安全センサとして、または、可動部品の作動位置を決定するための標準的なセンサとして使用することができ、同一の接続ピン68、70が各場合に使用される。

一実施形態では、センサ構成18は、必要とされるすべての接続ピンが一体化された接続プラグ（雄または雌）を有している。いくつかの実施形態では、接続プラグは6ピンまたは8ピンプラグである。すなわち、センサ構成は、最大で8つの接続ピンを有している。本発明のセンサ構成のすべての実施形態は、装置ハウジング54の寸法に基づき、および/または、共通の接続プラグの寸法に基づき制限された、既定の数の接続ピンを有しているのが好ましい。特に、本発明のセンサ構成が信号を出力できる接続ピンの数は、好ましい実施形態では正確に2つである。

図1に示す実施形態の一変形例では、オペレータ26がアクチュエータ22dを使用して、自分で保護ドア24を開いたのちに、制御装置28に標準的な制御信号を送信することができる。例えば、オペレータはアクチュエータ22dを使用して、安全回線40、42を介し、制御装置28に制御指令を送信することができる。制御装置28は、標準的な制御指令に基づき、ロボット12を、保守作業をやり易くする既定の作動位置に行かせる。

従来の設備と異なり、センサ構成18''が事前に冗長な信号対76、78を取り消し、制御装置28がそれに従ってロボット12への電源36を遮断したのちに、オペレータ26は、安全関連のセンサ構成18''を介して、制御装置28に標準的な制御指令を送信することができる。その結果、センサ構成18は、一時的に連続した間隔で、非冗長な信号対および冗長な信号対を送信する。

別の実施形態では、接続ピン72を使用してさらなる入力信号を供給することができる。すなわち、この場合、評価ユニット64a、64bは、対応する入力信号を接続ピン72を介して受信したときに、非冗長な信号対80、82を生成するよう設計されている。

他の実施形態では、センサ構成18は、接続ピン68、70で、出力信号中のそれぞれの識別コード62a、62cを、特に、連続したビットを有するバイナリコードの形態で、統合することができる。

Claims (11)

1. 自動化された仕方で作動される設備（10）の安全な設備状態を検知するためのセンサ構成であって、
   第１のアクチュエータ（22c）から第1入力信号（66c）を受信するよう設計され、かつ、前記第１のアクチュエータ（22c）とは異なる少なくとも１つのアクチュエータ（22a,22b,22d）から少なくとも1つのさらなる入力信号（66a）を受信するよう設計された入力回路（60）であって、前記第1入力信号（66c）は、検知されることになる前記安全な設備状態に依存し、前記さらなる入力信号（66a）は他の状態に依存している、入力回路（60）と、
   第1出力信号（76）および第2出力信号（78）を出力するための第1出力（68）および少なくとも1つの第2出力（70）と、
   前記第1入力信号（66c）をフェールセーフな仕方で評価し、それに基づいて、前記第1および第2出力（68、70）で前記第1および第2出力信号（76、78）を生成する評価ユニット（64）であって、前記第1および第2出力信号（76、78）は、組み合わされて前記安全な設備状態を信号出力する冗長な信号対を形成する、評価ユニット（64）とを備え、
   前記評価ユニット（64）はさらに、前記さらなる入力信号（66a）を評価し、それに基づいて、前記第1出力（68）で第3出力信号（80）を、かつ、前記第2出力（70）で第4出力信号（82）を生成するよう設計されており、前記第3および第4出力信号（80、82）は、前記冗長な信号対と異なる非冗長な信号対を形成する、センサ構成。
2. 前記評価ユニット（64）は、前記入力回路（60）が前記第1入力信号（66c）のみを受信した場合に、かつその場合にのみ、前記第1および第2出力信号（76、78）を有する前記冗長な信号対を生成する、請求項1に記載のセンサ構成。
3. 前記第1および第2出力（68、70）での前記出力信号（76、78、80、82）はそれぞれ、活性の第1信号水準または不活性の第2信号水準を有するバイナリ信号であり、前記第1および第2出力信号（76、78）はそれぞれ、前記活性の第1信号水準を有している、請求項1または請求項2に記載のセンサ構成。
4. 前記第3出力信号（80）または前記第4出力信号（82）は、前記不活性の第2信号水準に対応している、請求項3に記載のセンサ構成。
5. 前記第1および第2出力信号（76、78）はそれぞれ、定期的に変化する信号水準（84）を有している、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のセンサ構成。
6. 前記評価ユニット（64）は、一時的に連続した間隔で、前記冗長な信号対および前記非冗長な信号対を生成する、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のセンサ構成。
7. 前記入力回路（60）および前記評価ユニット（64）が配置される第1装置ハウジング（54）を有し、前記第1入力信号（66c）を生成する前記第１のアクチュエータ（22c）は、前記第1装置ハウジング（54）から空間的に分離されている、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のセンサ構成。
8. 前記第１のアクチュエータ（22c）は、前記第1入力信号（66c）を介して前記評価ユニット（64）に送信される個別の識別コード（62c）を有している、請求項7に記載のセンサ構成。
9. 前記第１のアクチュエータ（22c）とは異なる少なくとも１つのアクチュエータ（22a,22b,22d）は、さらなる個別の識別コード（62a）を有し、前記評価ユニット（64）は、前記個別の識別コード（62c）および前記さらなる個別の識別コード（62a）に基づき、前記第1入力信号（66c）を前記さらなる入力信号（66a）から区別する、請求項8に記載のセンサ構成。
10. 前記評価ユニット（64）は、前記出力信号（76、78、80、82）の少なくとも1つ内で前記個別の識別コード（62）を統合する、請求項8または請求項9に記載のセンサ構成。
11. 前記さらなる入力信号を供給するためのケーブル接続（72）を備える、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のセンサ構成。
    

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