JP6523181B2 - 安全開閉装置およびその入力信号の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、技術的設備の電源をオンにしフェイルセーフにオフにする安全開閉装置に関し、該安全開閉装置は、規定周波数ｆ_Ｔを有し、給電線を介して供給されるクロック信号を受信する第１入力と、クロック信号に応じて技術的設備の電源をオンオフするための出力信号を生成するためにクロック信号を処理するフェイルセーフ制御評価ユニットとを備える。

この種の安全開閉装置は、本出願人の安全開閉装置ＰＮＯＺ（商標登録）Ｘ２の番号１９ ２３８−０１が付された操作マニュアルから知られている。

本発明に関する安全開閉装置は、人を保護するために必要に応じて危険な機械または設備の電源をフェイルセーフにオフにするために使用される。安全開閉装置は、通常、緊急停止ボタン、安全扉スイッチ、光バリア、光格子およびその他の安全関連通知装置からの通知信号を監視する。安全開閉装置はその通知信号に応じて監視対象の機械または設備への電流供給路を遮断することができる。容易にわかるように、安全機能を常に保証すること、安全開閉装置の領域における障害を克服、および／または、早期に検出することが非常に重要である。したがって、安全開閉装置は通常、冗長的であり、および／または自己診断機能を有するよう構成されている。少なくとも安全性が強く要求される場合には、安全開閉装置への信号の通知も冗長的に実施される。

しかしながら、通知装置と安全開閉装置との間の接続線に短絡が生じると、冗長性により実現されるフェイルセーフ性は失われる。短絡を防止する１つの可能性として、個々の接続線を単独で布設することがある。しかしながら、これは、個々の通知装置と安全開閉装置との間のケーブル布線を入り組ませて複雑にし、技術的に実現されないことも多い。したがって、冗長的な接続線は一般的に、多芯ケーブルの異なる電線を通して引き回される。しかしながら、これは、安全開閉装置が別個の短絡検出手段を有することを必要とする。

基本的に、２つの短絡検出方法が従来技術から知られている。第１の方法は、接続線上の静電ポテンシャルで動作し、２本の線が短絡した場合にヒューズを飛ばす。この種の方法は、例えば特許文献１または特許文献２から知られている。これらの方法の場合の欠点は、実質的に温度依存型のヒューズに依存し、温度依存性のために、そのトリップ点を正確に判定できないことである。これが、接続線上の動的信号を使用する他の方法が開発された理由の１つである。

動的方法の場合、別々にクロックされた信号を通知装置への接続線上で使用する。その結果、分離した通知線上の信号は互いに異なり、短絡を検出することができる。ここで、一例として、特許文献３、特許文献４および特許文献５を参照する。しかし、動的方法の場合の欠点は、最初に短絡の発生に関して通知信号を確認しなければならないことである。換言すれば、第１工程で信号評価が行われなければならない。そこでは、受信した入力信号が通常、予想値と比較される。この評価の後にのみ、出力のための信号が安全装置によって生成されるのであるが、この信号が選択的に技術的設備の電源をオフにする。

上述した信号評価は、入力電流が持続的に低下するため、より一層複雑になっているが、この低下によって入力における電力損失を低減しようとするものである。入力電流の低下によって、制御システムの消費電流は実際に有利にも最小限に抑えられるが、入力電流が低くなるほど、入力が外乱の影響を受けやすくなる。その結果、特に前記動的信号の評価において問題が起きる可能性があるが、これらの問題は、装置の反応時間を犠牲にして、追加のフィルターを使用して対処することができる。

特に、通知装置、例えば接点スイッチ、がほとんどの場合使用されず、そのため「開放型」線路を介して安全開閉装置に接続されている場合、入力で外乱が生じる。この明細書では、「開放型」とは、線路が片側において規定電位に接続されているだけであることを意味する。一例として平行線路への容量結合や電磁場での誘導によって信号が開放型線路上で伝送されるため、開放型線路は特に外乱の影響を受けやすい。この外乱信号は入力を読み取るときにエラー率を増加させる。

独国特許第４４ ２３ ７０４ Ｃ１号明細書 独国特許第１９７ ５８ ３３２ Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１００ ３３ ０７３ Ａ１号明細書 独国特許第１９７ ０２ ００９ Ｃ２号明細書 独国特許出願公開第１９８ ０５ ７２２ Ａ１号明細書

上述した背景に鑑み、本発明は、小さな入力電流で動作し、入力でのエラー率が低く、迅速な反応時間を可能にする安全開閉装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、前記目的は、クロック周波数ｆ_Ｒを有するクロック基準（clock reference）と、スイッチング要素を有する電流増加装置とを備え、前記スイッチング要素は、前記クロック基準に接続されて、前記クロック周波数ｆ_Ｒに応じて前記電流増加装置の電源をオンオフする、冒頭で述べた種類の安全開閉装置によって達成される。

本発明は、入力電流を周期的に増加させることで、入力で起こり得る外乱に積極的に対処するという概念に基づいている。すなわち、電流の増加は、連続的ではなく規定の瞬間にのみ行われる。作動中は、電流の増加によって入力の確実かつ迅速な評価が確保される。入力を評価している際に例えばクロストークによって引き起こされるエラーを考慮に入れる場合、電流を増加させることが好ましい。入力で電流の流れが増加することで、入力における規定の電圧レベルという形でのデジタル状態をさらに迅速に調整することができる。とりわけ、通常ゼロ電位が入力において予想されるデジタルＯＦＦ状態をより迅速かつより確実に検出することができる。

前記目的のため、安全開閉装置は、スイッチング要素を有する電流増加装置と、スイッチング要素に接続されたクロック基準とを備える。電流増加装置は、規定の瞬間にクロック基準に応じてスイッチング要素によって電源がオンオフされる。したがって、電流の増加は必要であれば入力において選択的にオンにされる。オンオフは、クロック基準に合わせて起きるが、クロック基準は好ましくは入力に存在する外乱信号と同期している。給電線上の周期的な外乱およびそれに起因する読込みエラーは、入力における選択的な電流の増加によって低減させることができる。この場合、有利にも、電流の増加は外乱が実際に存在する場合に作動するだけである。その結果、入力における消費電流およびそれに関係する電力損失は実質的には増加しない。

本発明に係る装置の場合の利点は、特に、外乱が発生した場合の積極的な対処であるが、これは、多くの場合信号が存在しないにもかかわらず継続的な評価が行われる入力のためにも利用される。したがって、電流の増加は、入力信号と関係なく、すべての入力で周期的に作動させるのが好ましい。このようにして、入力に存在する信号によって引き起こされるわけではない外乱でさえも対処することができる。一例として、これは、入力に接続している線路に外部信号が容量結合して、予想される規定電圧レベルからのずれが生じる場合である。

さらに、入力における電力損失は、本発明の電流増加装置によって少量のみ増加する。クロック基準とスイッチング要素とを利用する電流の増加を繰り返すため、電流の増加は必要な場合に作動するのみである。換言すれば、入力電流の周期的な増加は、予想される外乱に対処できる場合にのみ行われる。このために、クロック基準の周波数ｆ_Ｒは、予想される外乱信号の周波数に調整される。さらに、スイッチング要素はクロック基準に接続されているため、電流増加装置の起動も外乱の発生に同期する。したがって、連続的に電源を入れると電力損失を増加させることになる電流増加装置は、特定の場合に起動させるのみで、その結果、電力損失が制限される。

最後に、本発明の安全開閉装置は、短絡の動的検出を有する他の安全開閉装置に比して装置の反応時間を低減できるという利点がある。入力でのエラー率が低下するために、信号処理および評価が加速し、その結果、装置全体の反応時間が低減する。

したがって、全般的に見れば、本発明の安全開閉装置は、入力を読み込む際にエラーの影響をより受けにくくさせることができ、結果として反応時間を短縮できる。したがって、前記本発明の目的は完全に達成される。

好適な改良形態において、電流増加装置は、アース接続と、スイッチング要素と直列接続された第１抵抗器とを有し、第１抵抗器とスイッチング要素は第１入力と並列配置されている。第１入力は、電流増加装置の電源が入ると、抵抗器とスイッチング要素とを介してアース接続に導電接続される。

この改良形態により、費用対効果が大きい方法で電流増加装置を実施することができる。電流増加装置は、各入力における追加の抵抗器によって構成されている。入力での電流の増加は、入力での入力抵抗を減少させることで実現する。電流増加装置の電源をオンにするために、抵抗器をスイッチング要素によって入力と並列接続させる。より大きな電流が追加の電流路を介して入力へ流れ込むことができる。

別の改良形態において、スイッチング要素は、クロック基準により規定されるクロック基準周期１／ｆ_Ｒより短い、特に、該周期の１／５より短い規定スイッチ周期を有する。

この場合、スイッチ周期と、それに関係する電流増加装置の動作周期は、クロック基準周波数ｆ_Ｒの周期より短い。スイッチング要素はクロック基準の立ち上がりエッジとともに電源が入るが、クロック基準周波数の周期の終了前、好ましくは周期の１／５の終了前に再び電源が切られる。この改良形態は、結合したクロック信号に起因する入力での外乱が一般に電源のオンオフ時にのみ発生するため有利である。換言すれば、この改良形態では、電流増加装置は、外乱が入力で予想され、その外乱が電流の増加によって対処できる場合に電源が入れられるのみである。特に好適な改良形態において、スイッチ周期は、例えば制御評価ユニットのマイクロコントローラまたは追加の可変調整要素を介して可変調整できる。

別の改良形態において、スイッチング要素は検出要素に接続され、この検出要素は制御評価ユニットによる入力評価を監視し、スイッチング要素は、規定の状態に達したら電流の増加をオフにする。

この改良形態では、電流増加装置は、入力における規定の状態が制御評価ユニットによって検出されたら電源が切られる。これは、受信する信号がデジタル信号で、規定の状態が入力で予想される場合に特に有利である。一例として、予想される値がすでに正しく検出され、したがって、外乱がすでに解消されているか、デジタル信号の検出に影響を及ぼさない場合、電流の増加は、開放型給電線を備えた入力において時期を早めて終了することができる。これも同様に、必要な場合に起動されるだけの電流増加装置に、省電流の実施に寄与する。

別の改良形態において、電流増加装置は、入力と直列接続された可変抵抗器を有し、この抵抗器は、最大抵抗値と最小抵抗値とを有し、電流増加装置の電源が入ると最小抵抗値を有する。

入力の直列接続された可変抵抗器は、入力における電力損失を低減するために、主に入力への電流を制限するために使用される。好ましくは、可変抵抗器は、同相レギュレータである。この改良形態では、入力における電流の増加は、電流の制限を停止することで引き起こされる。作動および停止は、スイッチング要素によって、例えば同相レギュレータの電圧基準を停止することでなされる。この改良形態におけるこの場合の利点は、入力が電流制限器を備えている場合に付加的な電流増加装置を追加する必要がないことである。むしろ、電流制限器の作動または停止を切り換えられるようにしなければならない。あるいは、入力における電流の増加と、電流制限の並行停止は互いに組み合わせることができる。

別の改良形態において、安全開閉装置は、第２電流増加装置を備えた少なくとも１つの第２入力を有し、スイッチング要素は第１および第２電流増加装置の電源をオンオフする。

安全開閉装置は、第１入力に加えて、別の電流増加装置を備えた少なくとも１つの第２入力を有する。別の電流増加装置は有利にも第１電流増加装置と同じスイッチング要素を介して電源をオンオフされる。別個のスイッチング要素を省略することで、電流の増加はこのように費用対効果が大きい方法で複数の入力において実現することができる。

別の改良形態において、クロック基準は、外部信号を受信する少なくとも１つの外部接続を有し、その外部信号に同期する。

外乱の排除はあらゆる外乱信号に適応できるため、この改良形態は特に有利である。一例として、周期的な外乱信号はエッジ検出器を使って入力で検出でき、クロック基準はこれに調整される。あるいは、安全開閉装置によって発信された信号が容量結合の結果クロストークとして平行線路に結合されるとわかっている場合、クロック基準の周波数ｆ_Ｒは、この信号に同期させることができる。

当然、上述した特徴および次に説明する特徴は、それぞれ既に述べた組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせにおいても、あるいは単独でも使用できる。

本発明の実施形態を図に示し、次の明細書本文でさらに詳細に説明する。

本発明の安全開閉装置の簡略化した実施形態を含む、自動的に動作する設備の模式図を示す。 本発明の安全開閉装置の概略実施形態を示す。 本発明の安全開閉装置の別の概略実施形態を示す。 本発明の安全開閉装置の入力における起こり得る外乱変数の図解を示す。 本発明の安全開閉装置の入力の実施形態のための回路実装を示す。 本発明の安全開閉装置の入力の別の実施形態のための回路実装を示す。 複数の入力を有する別の実施形態のための回路実装を示す。

図１において、本発明の安全開閉装置全体を参照符号１０で示す。

本発明の安全開閉装置１０は、自動的に動作する設備１２を監視して安全にするために使用される。動作ロボット１４は、ここでは、この自動的に動作する設備１２の一例として示されている。保護の目的で、ロボットは、安全扉スイッチ１６と付随するアクチュエータ１７とを有する安全扉によって保護された閉鎖領域にある。無許可のアクセスがあった場合、ロボット１４は安全な位置に移行されるか、安全開閉装置１０と連動して安全扉スイッチを介して任意に電源が切られる。しかしながら、本発明の安全開閉装置１０は、この特定の使用分野に限定されない。ロボット１４は、他の通知装置、例えば緊急停止スイッチや光バリア、を使って安全にすることもできる。

この実施形態において、安全扉スイッチ１６は、３本の線１８、２０、２２を介して安全開閉装置１０に接続されている。安全開閉装置１０から線１８を介して安全扉スイッチ１６に信号が送信され、線２０、２２は、安全扉スイッチ１６から安全開閉装置１０へ信号を返送する。配線の複雑さを抑えるために、３本の線１８、２０、２２は通常、安全扉スイッチ１６から安全開閉装置１０へ布設される単線外装ケーブルの電線である。

安全開閉装置１０は、出力側において、線２４を介して２つの接触器２６、２８に冗長的に接続され、これらの動作接点は、それ自体周知な方法でロボット１４への電源ライン３０に配置されている。安全扉スイッチ１６が起動された場合または安全開閉装置１０の一般的なエラー監視の範囲内で、未定義の、よって安全を重視すべき状態が検出された場合、安全開閉装置１０は、接触器２６、２８を介してロボット１４への電源を遮断する。このような安全を重視すべき状態は、例えば、線１８、２０、２２が引き回される外装ケーブルの電線間の短絡が原因で起きることがあり、安全開閉装置１０は原則として、未定義の状態が発生した場合、監視対象の技術的設備１２を安全な状態へ移行するよう構成されている。

好適な実施形態によれば、安全開閉装置１０はこの場合、いわゆる、欧州規格ＥＮ ＩＳＯ １３８４９−１の性能水準（ＰＬ）または同等の安全規格を満たし、それに対応して技術的設備を安全にする点において承認を受けた装置である。一例として、それは、ＰＳＳ（登録商標）という商品名で本発明の出願人により販売されているようなプログラム可能な安全開閉装置である。

図１に係る実施形態では、安全扉スイッチ１６の形で１つの通知装置のみが示されているが、言うまでもなく、他の実施形態では複数の通知装置を使用してもよく、各通知装置は安全開閉装置１０に接続されている。このようにして、特に効率的で費用対効果が大きい方法でシステム全体を安全にすることができる。

この実施形態において、安全開閉装置１０はクロック出力３２を有する。クロック出力３２は、この実施形態によれば、安全開閉装置に組み込まれたクロック基準３６によって提供されるクロック信号３４を印加させる。他の実施形態では、クロック信号３４は安全開閉装置１０から独立した別の装置によって提供することもできる。好ましくは、制御評価ユニット４４は、外部基準を評価するためにクロック信号３４を「知る」か、または取得する。

クロック信号３４は線１８を介して安全扉スイッチ１６に送信される。安全扉スイッチ１６は今度は安全開閉装置１０の第１入力３８と第２入力４０に線２０、２２を介して接続されている。この好適な実施形態において、安全扉スイッチ１６は、２つの状態をとることができる常閉接点と常開接点とを備えた２チャンネル安全扉スイッチ１６である。第１の状態では、線１８は線２０に導電接続され、第２の状態では、線１８は線２２に導電接続される。あるいは、図３に模式的に示すように、安全扉スイッチ１６は２本の往路線と２本の復路線を介して冗長的に接続できる。

この実施形態において、冗長的な制御評価ユニット４４は、互いに接続された２つのマイクロプロセッサ４４、４４ａで示されている。制御評価ユニット４４は、受信したクロック信号を予想クロック信号と比較することで入力３８、４０を評価するよう構成されている。クロック信号３４は第１の状態では第１入力３８に、第２の状態では第２入力４０に存在すると予想されるため、制御評価ユニット４４は比較によって安全扉スイッチ１６がどの状態にあるかを検出する。ある状態で信号が印加されない入力は信号を持たないはずである。安全扉スイッチ１６が作動したことを制御評価ユニット４４が検出すると、すなわち、この場合、信号がもはや線２０に存在せず、線２２に存在するなら、接触器２６、２８がスイッチング要素４５、４５ａを介して作動され、ロボット１４への電源３０が遮断される。

信号が印加されない入力で信号または予期せぬ電位（potential）が発生する場合、安全開閉装置１０は、給電線１８、２０、２２、入力３８、４０または安全扉スイッチ１６でエラーが発生したことを想定しなければならない。この場合、技術的設備１２もまた、安全開閉装置１０によって安全な状態に移行されるべきである。このようにして、特に、導線１８、２０、２２が単線外装ケーブル内に引き回され、そのケーブルが締め付けまたは折り曲げられて損傷すると生じるかもしれない導線１８、２０、２２間の短絡を検出することができる。

安全開閉装置１０はこの場合、入力回路４２を有し、それを介して入力３８、４０が制御評価ユニット４４に接続されている。好ましくは、各入力は、自身に関連付けられた入力回路４２、４２ａを有する。入力回路４２、４２ａはこの場合、クロック基準３６に接続され、さらに詳細に説明する方法でクロック基準３６とともに入力電流を増加させるよう構成されている。したがって、入力回路４２、４２ａは入力３８、４０を正確かつ迅速に評価するのに寄与する。よって、短絡の検出によって生じる遅延は入力回路４２、４２ａによって補われるはずである。

入力回路４２、４２ａはこの場合クロック基準３６に接続されているため、電流の増加はここではクロック基準３６に合わせてオンオフされる。したがって、入力３８、４０では、時間的に限定された電流の増加が入力回路４２、４２ａを介して調整される。クロック基準３６は、これに関連して、入力における信号状態の評価を複雑にする周期的に発生する外乱に同期することが好ましい。外乱はこの場合、例えばクロック伝送線１８の非クロック伝送線２０、２２への容量結合によって生じる可能性がある。増加させた入力電流はこれに対処する。というのは、結合に関連した線間容量の充電が加速するからであり、したがって、外乱がさらに迅速に解消される。電流の増加は一時的に調整されるだけであるから、永続的な電流の増加よりも少ない消費電力を実現する。外乱は一般に外乱信号のエッジで生じるだけで、よって電流の増加は有利にも一時的に作動されるだけであるため、電流の増加期間はクロック基準の周期（１／ｆ_Ｒ）より短いのが好ましい。

図２および図３は、通知装置１６がどのように安全開閉装置１０に接続されているかを示す簡略図である。この場合、図２は、図１の実施形態を簡素化して示す。図３は、冗長給電線を介しての通知装置１６の別の接続を示す。同一の参照符号は図１と同一の構成要素を表す。

図２において、線１８はトランジスタ４７を介して電源電圧４６に接続されている。トランジスタ４７を周期的に作動させることで、クロック信号３４を線１８上に生成する。周期的な作動はこの場合、クロック基準３６を介して行われ、このクロック基準３６は、図１に係る実施形態にあるように同様に入力回路４２、４２ａに接続されている。線１８は、ここでは常開接点と常閉接点とを組み合わせた接点によって示される安全扉スイッチ１６に接続されている。線２０、２２は、常開接点と常閉接点とを組み合わせた接点を入力３８、４０を介して入力回路４２、４２ａに接続する。入力回路４２、４２ａは、ここでは図示されていない制御評価ユニットに出力側で接続されている。

図からわかるように、安全扉スイッチ１６の状態に応じて、線２０、２２のうちの一方が「開放型」であり、つまり、この状態では信号が印加されない。開放型線路は、特に、この実施形態にあるようにクロック伝送線と平行に布設されている場合や、電界の影響範囲内に配置されている場合、クロストークや他の信号による干渉の影響を受けやすい。

線１８、２０、２２間に生じる線間容量は参照符号４８で示されている。従来の断面が１．５ｍｍ^２の外装ケーブルの場合、２本の電線間の線間容量４８は、外装ケーブルの２５０ｎＦ／ｋｍのオーダーである。この、外装ケーブルの個々の電線間の避けられない容量結合は、信号をクロストークとして線１８から開放型線路２０または２２へ通すことになる。特に、クロック信号が線１８、２０、２２のうちの１本に伝送され、線間容量４８、４８ａが各クロック変化とともに移動するとクロストークが生じる。

図３は、図１および図２からの実施形態の変形例を示す。スイッチ１６はこの場合、２つの入力と２つの出力と２つの常開接点とを備えた冗長的な安全スイッチ、例えば緊急停止スイッチである。線１８、１８ａはそれぞれクロック信号３４、３４ａをスイッチ１６に伝送し、スイッチ１６の第１状態において復路線２０、２２から切り離されている。第２状態において、線１８と２０および線１８ａと２２は互いに導通接続される。クロック信号３４、３４ａは好ましくは非同期である。

第１の状態では、線２０、２２は「開放型」である。図２に係る実施形態において既述したように、線間容量４８が導線１８、１８ａ、２０、２２間で発生し、その結果、ここでも、クロストークが原因で、入力３８、４０における外乱影響が予想される。さらに、この実施形態では、クロック信号３４、３４ａは非同期である。そのため、クロストークとして開放型線路上を通過する外乱信号は２つのクロック信号の組み合わせである可能性がある。したがって、好ましい実施形態では、入力における読込みエラーを上述した方法で最小限に抑えるために、クロック基準は複数の外乱信号に同期させる。

図４は、図１、図２または図３に係る実施形態の１つにおいてクロストークが原因で生じ得るような、開放型線路２０、２２上の起こり得る外乱効果の図解を示す。クロストークとして通過するクロック信号は上部のグラフに参照符号５０によって表されている。ここでは、クロック信号は、動的短絡検出に使用されるように矩形波であり、開放型線路と平行に延びる線で伝送される。中央のグラフの曲線は、一例として、クロック信号５０が容量結合する開放型導線上の外乱信号のアナログ電圧のプロファイル５１を示している。

入力３８または４０における電圧プロファイル５１は本質的に線間容量４８と入力３８、４０の入力抵抗４９によって決定される。クロック信号５０の各クロック変化は、容量４８の移動と、充電電流または放電電流を引き起こす。電圧はクロック信号のクロックエッジで最高値をとり、その後、指数関数的に線間容量４８の放電とともに減衰する。

破線５６はこの場合、閾値、例えば５Ｖを示し、入力で閾値を超えるときデジタル状態の変化が想定される。充電電流および放電電流は開放型線路上で閾値５６を超えさせることがグラフでわかる。

下方のグラフの曲線５２は、本発明に係る電流の増加が作動しない場合に制御評価ユニットに存在するような、結果として生じるデジタル信号を電圧プロファイル５１と一時的に同期する形で示している。閾値５６を超える間は、入力は高い状態５７にある。クロストーク信号が閾値５６を下回ったときにのみ、入力は低い状態に移行する。ここで示す例では、変化は、結合したクロック信号５０の周期５４の約１／３の後に起きる。

後述するが、入力回路４２なしでは制御評価ユニット４４の評価は少なくとも期間５３だけ遅延する。フェイルセーフ読み出しは、結合した信号が減衰したときに行うことができるだけである。これは、安全開閉装置１０全体の反応時間を増加させることにつながるが、特に、１ミリ秒未満の処理周期を有する高速コントローラの場合、わずかではない。

図５は、本発明の安全開閉装置１０の入力回路４２の実施形態の回路実装を示す。通知装置（ここでは図示せず）は、安全開閉装置１０のハウジング５５上の接続端子４１を介して入力回路４２に接続されている。通知装置からくるアナログ信号は平滑化されて制限され、デジタル信号へ転換される。アナログ信号の変換はここでは、閾値５６を超えるとき、制御評価ユニット４４の入力６１において高い状態５７なので、出力側の電源電圧４６を切り換えるオプトカプラ６０を使用して行われる。閾値５６はこの場合、例えば、ツェナーダイオード６２によって設定される。

さらに、電流増加装置の第１実施形態の構成要素は、参照符号６４と組み合わされる。電流増加装置６４はここでは、スイッチング要素６６に加えて、抵抗器６８を有する。スイッチング要素６６はこの場合、入力を下流の論理回路から電気的に絶縁するためにオプトカプラである。あるいは、別のスイッチング要素を使って電流増加装置を作動させることも可能である。抵抗器６８とスイッチング要素６６は入力３８をアース接続７０に接続する。スイッチング要素６６はクロック基準３６に接続され、クロック基準の周波数ｆ_Ｒで電源がオンオフされる。

スイッチング要素６６がオン（導通状態）になると、入力３８は抵抗器６８を介してアース７０に並列接続される。この入力における付加的な電流路によって、入力３８の入力抵抗４９は低減する。入力への電流の流れが大きくなるのはオームの法則によりこれに起因する。

クロック基準３６は、クロック基準３６に合わせて作動するスイッチング要素６６に接続されている。図４の中央のグラフに示すように、クロック基準３６は、入力で周期的に発生する外乱信号、例えばクロストークによって結合した信号、の周期に同期させるのが好ましい。電流の増加はこの場合、結合に関連した線間容量の充電を加速させるために、常に外乱信号の立ち上がりエッジで作動させ、その結果、規定の状態は入力においてより迅速に調整できる。外乱効果が解消したら電流の増加は停止させる。オフへの切り換えはこの場合、ここでは調整要素７２を介して調整されるスイッチング要素６６の規定スイッチ周期の後に行われるか、制御評価ユニットが規定の状態を検出したら積極的に行われる。別の実施形態では、スイッチ周期を調整する調整要素７２も制御評価ユニット４４に組み込むことができる。

図６は、本発明の安全開閉装置１０の入力回路４２の別の実施形態を示す。この実施形態では、入力における電流の流れを調整する制限要素７４を停止させる。制限要素７４は、同相レギュレータという形で入力回路４２に組み込まれることが好ましく、入力における電流を規定電圧値から一定に維持する。

制限要素７４はスイッチング要素６６に接続され、このスイッチング要素６６は、クロック基準に応じてより大きな入力電流を有効にするために、クロック基準３６に合わせて制限要素７４を停止および作動させる。この実施形態は、スイッチング要素６６以外に追加の構成要素を入力回路に付加しないため特に効果的である。

別の実施形態では、図５および図６に係る実施形態を組み合わせることができる。この場合、入力における電流の流れは、まず付加的な電流路を接続し、次に制限要素７４を同時にオフにすることで実現される。両電流増加装置はクロック基準３６に応じて切り換えられる。しかし、切り換えは反対の方向で行われる。すなわち、入力における電流の増加が付加的な電流路によって作動される一方で、制限要素は停止され、逆もまた同様である。

図７は、安全開閉装置が４つの入力３８ａ、３８ｂ、４０ａ、４０ｂを有する別の実施形態を示す。各入力３８ａ、３８ｂ、４０ａ、４０ｂはこの場合、自身の入力回路４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを有する。好適な実施形態によれば、入力回路の、この場合抵抗器６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄとした電流増加装置は共通のスイッチング要素６６を介してクロック基準３６に接続されている。スイッチング要素が作動すると、すべての入力で電流の増加が作動する。このようにして、複数の入力における外乱影響を１つのスイッチング要素を使って費用対効果が大きく効率的な形で排除することができる。

あるいは、上述した電流を増加させる装置は、すべての実施形態において電流源によって実現してもよい。電流源であれば、前記実施に対して、作動した電流増加装置が入力に存在する電圧に関係なく常に最大許容入力電流を供給するという利点を有する。しかしながら、電流源を利用する電流の増加は前記実施より費用がかかる。

Claims (12)

1. 技術的設備（１２）の駆動をオンにしフェイルセーフにオフにする安全開閉装置であって、
   規定の第１のクロック周波数（ｆ_Ｔ）を有し、給電線を介して供給されるクロック信号（３４）を受信する第１入力（３８）と、
   前記クロック信号（３４）に応答して技術的設備（１２）をオンオフする出力信号を生成するために前記クロック信号（３４）を処理するフェイルセーフ制御評価ユニット（４４）と、
   前記第１入力（３８）における入力電流を増大させるための電流増加装置（６４）とを備え、
   前記電流増加装置（６４）は、スイッチング要素（６６）と、規定の第２のクロック周波数（ｆ_Ｒ）の信号を生成するクロック基準（３６）とを備え、
   前記スイッチング要素（６６）は、前記クロック基準（３６）に接続されて、前記第２のクロック周波数（ｆ_Ｒ）に応じて前記入力電流の増大を前記電流増加装置（６４）によって入／切りし、前記第１入力（３８）における前記入力電流を周期的に増大させる、安全開閉装置。
2. アース接続（７０）と第１抵抗器（６８）とが前記スイッチング要素（６６）に直列接続され、前記第１抵抗器（６８）と前記スイッチング要素（６６）とは前記第１入力（３８）に並列に配置され、
   前記電流増加装置（６４）は、前記電流増加装置（６４）による入力電流の増大が「入」になると、前記第１入力（３８）が、前記第１抵抗器（６８）を介して前記アース接続（７０）に導電接続されるように構成され、前記電流増加装置（６４）による入力電流の増大が「切」になると、前記第１入力（３８）が、前記第１抵抗器（６８）を介して前記アース接続（７０）に導電接続されないように構成されている、請求項１に記載の安全開閉装置。
3. 前記第１入力（３８）に、前記第１入力（３８）における入力電流を調整する限流素子（７４）が直列接続され、前記限流素子（７４）は、前記電流増加装置（６４）による入力電流の増大の入／切り状態に応じて「入」のときに不活性状態にされ、「切」のときに活性状態にされるように、前記電流増加装置（６４）が構成されている、請求項１に記載の安全開閉装置。
4. 前記スイッチング要素（６６）は、前記クロック基準（３６）の立ち上がりエッジに応答してスタートし立ち下がりエッジまでの所定の期間（以下、オンタイム(on-time)期間という）を有し、前記所定のオンタイム期間は、前記クロック基準（３６）の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジによって規定される期間よりも短い、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の安全開閉装置。
5. 前記所定のオンタイム期間は、前記クロック基準（３６）の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジによって規定される期間の１／５よりも短い、請求項４に記載の安全開閉装置。
6. 前記所定のオンタイム期間は、調整要素（７２）によって調整される、請求項４または請求項５に記載の安全開閉装置。
7. 前記スイッチング要素（６６）は検出要素に接続され、前記検出要素は前記フェイルセーフ制御評価ユニット（４４）による前記第１入力（３８）の評価を監視し、前記スイッチング要素（６６）は、規定の状態（５９）に達したら前記電流増加装置（６４）による電流の増大を「切」にする、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. 給電線を介して供給される前記第１のクロック周波数（ｆ_Ｔ）のクロック信号（３４）を受信する少なくとも１つの第２入力（４０）をさらに有し、
   前記第２入力（４０）における入力電流を増大させる第２の電流増加装置をさらに備え、前記電流増加装置（６４）の前記スイッチング要素（６６）が前記電流増加装置（６４）の前記第１入力（３８）における入力電流の増大および前記第２の電流増加装置の前記第２入力（４０）における入力電流の増大を入／切りする、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. 前記クロック基準（３６）は、外部信号を受信する少なくとも１つの外部接続を有し、前記クロック基準（３６）は前記外部信号に同期する、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. 前記外部信号は、前記第１入力（３８）に存在する外乱信号である、請求項９に記載の安全開閉装置。
11. 前記外乱信号は、クロストークに起因し、規定の前記第１のクロック周波数（ｆ_Ｔ）に相当する周波数を有する周期的な信号である、請求項１０に記載の安全開閉装置。
12. 技術的設備（１２）の電源をオンにしフェイルセーフにオフにする安全開閉装置の第１入力（３８）における入力信号をフェイルセーフに検出する方法であって、
    前記第１入力（３８）において、供給線路を介して供給される、規定の第１のクロック周波数（ｆ_Ｔ）を有するクロック信号（３４）を受信する工程と、
    前記クロック信号（３４）を処理して、前記クロック信号（３４）に応じて前記技術的設備（１２）をオン／オフするための出力信号を生成するフェイルセーフ制御評価ユニット（４４）を設ける工程と、
    前記第１入力（３８）における入力電流を増大させるための電流増加装置（６４）であって、スイッチング要素（６６）と、規定の第２のクロック周波数（ｆ_Ｒ）のクロック基準（３６）とを有する電流増加装置（６４）を設ける工程と、
    前記スイッチング要素（６６）を前記クロック基準（３６）に接続する工程と、
    前記スイッチング要素（６６）によって、前記第２のクロック周波数（ｆ_Ｒ）に応じて、前記電流増加装置（６４）による入力電流の増大を入／切りし、前記第１入力（３８）における前記入力電流を周期的に増大させる工程とを含む、入力信号をフェイルセーフに検出する方法。

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