JPH06223663A

JPH06223663A - 安全切換装置

Info

Publication number: JPH06223663A
Application number: JP31722893A
Authority: JP
Inventors: Harald Ruprecht; ループレヒトハーラルト
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1994-08-12
Also published as: DE4242792A1; US5543997A; DE4242792C2

Abstract

(57)【要約】【目的】作動装置のスイッチの入った状態すなわち作
動装置の危険な切換状態を必要な時間だけ維持したまま
でも、特に２個のメインスイッチにおいて故障を瞬時に
認識できる安全切換装置を提供する。【構成】安全切換装置は、電源１１とアクター１２
ａ、１２ｂの各々との間に配置された２個のメインスイ
ッチ１４ａ、１４ｂを備える。センサー信号入力端子１
５ａ、１５ｂとメインスイッチ１４ａ、１４ｂとの間に
通常は閉じている制御可能な補助スイッチ１６ａ、１６
ｂを配置し、テストポーズの間、それぞれ補助スイッチ
１６ａ、１６ｂに接続されたメインスイッチ１４ａ、１
４ｂも開いているか否かを試験するテスト回路２１ａ、
２１ｂ、２４ａ、２４ｂ；２７ａ、２７ｂ；３６ａ、３
６ｂを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流のオン状態に応じ
て共通の作動装置を動作状態にする２個のアクターの電
源スイッチを切り換えるための安全切換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】安全切換装置の２個のアクターは、両ア
クターとも動作中である時に限って作動装置のスイッチ
が入るよう作動装置を共通に制御する継電器であると好
ましい。一方のアクターが非動作状態にある場合、作動
装置のスイッチはオフになる。例えば、両アクターの起
動時にのみ動作する危険な作動装置であったとしても、
一方または両方のアクターが非動作状態にある時には危
険のない好ましくはスイッチの切れた位置になる。

【０００３】例えば光遮断器として形成されたセンサー
と機械制御部との間に、接点を有する少なくとも２個の
スイッチ出力端子を備えることは周知（ＤＥ−ＰＳ２
８３１０８９号）である。この場合切換出力端子は、互
いに独立してスイッチが切れ、好ましくは強制的に誘導
される接点を有する少なくとも２個の継電器によって構
成される。センサーによって危険な状態が検出されると
スイッチは開き、この危険な状態を以後の処理に対する
停止命令として制御部に通知する。機械制御部は、その
制御下にあるシステムを危険な動作状態からスイッチの
切れた安全動作状態にもっていく。この時、２個の切換
出力端子は開状態にある。

【０００４】周知の安全切換装置では切換パスを重複し
て実行し、危険な状態にある時には（作動装置のスイッ
チは入っている）故障が起きたとして最大１本のスイッ
チングオフパスのスイッチングオフ機能を喪失させ、安
全性を得ている。スイッチの入ったまま危険な状態に陥
る前に、そのつど作動装置の２本のスイッチングオフパ
スをチェックして各々が安全動作状態を示していること
を確認している。例えば切換出力端子の溶着や機械制御
部の切換出力端子からの接続線上での短絡などの故障に
まで対応できないような場合には、センサー信号とは独
立して安全切換状態で第２の無故障スイッチオフパスを
ラッチ回路に設けておく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この周知の安全切換装
置には、連続動作時に危険な状態（作動装置のスイッチ
は入っている）のまま出力回路で生じた故障を検出でき
ないという問題がある。故障が重なることで、センサー
から停止信号が出力された時には機械はもう安全な動作
状態には戻れない（スイッチを切ることができない）ほ
ど危険な状態にある。特に、スイッチングオフパスの試
験については規定された時間内で自動的に行うことがで
きず、オペレータに管理指導をした上で行わなければな
らないという問題がある。

【０００６】今のところ、機械制御部への接続線間での
短絡の問題に対する解決策は知られていない。このよう
な故障状態は使用上の規則を制限すれば部分的に制御で
きることはできるが、同時に技術上の規則に逆らうこと
にもなる。

【０００７】接点を有するスイッチは摩耗するので、こ
のようなスイッチでは修復費用と機械の停止時間は定期
的に必要となる。

【０００８】最後に、機械的接点で有効動作寿命を延ば
すためには、スイッチオフ時のアーク形成による焼失か
ら誘導性負荷接点を保護しておかなければならない。

【０００９】したがって、本発明の目的は、作動装置の
スイッチの入った状態すなわち作動装置の危険な切換状
態を必要な時間だけ維持したままでも、特に２個のメイ
ンスイッチにおいて故障を瞬時に認識できる最初に挙げ
た種類の安全切換装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段及び作用】この目的を達成
するために、請求項１の特徴部分に記載の特徴を提供す
る。請求項２記載の半導体スイッチは、本発明の目的に
特に適している。

【００１１】本発明の基本概念は、比較的短い連続的な
時間間隔で２個のメインスイッチが短時間開信号を受信
し、これに伴うテストポーズの間に電子的監視手段によ
って自動的にスイッチが実際に開いているか否かのチェ
ックを行うことにある。テストポーズの間にメインスイ
ッチのうちの一方は開いていないことが分かると、他方
のメインスイッチを開き、テストポーズ後この第２のメ
インスイッチが開いていることを確認するために測定値
を取る。テストポーズは極めて短いので、アクターはそ
の慣性のためこの中断を認識することができず、テスト
ポーズ終了後まで動作状態のまま維持されるということ
が重要である。テストポーズ内に一方のメインスイッチ
が閉じていると判断した場合のみ、その慣性がなくなる
テストポーズ後に他方のメインスイッチを開き、故障が
生じた場合にこれがなくなるまでこの開状態を維持す
る。

【００１２】請求項３および４には有益なテスト周波数
およびテストポーズ期間がある。

【００１３】出力電流測定段で動作する有益な実施態様
は請求項５に規定されている。しかしながら、請求項６
では出力電圧測定段を選択肢としてかまたは冗長さに対
する対策として備えている。

【００１４】有益かつ実用的な実施態様は請求項７およ
び８に記載されている。

【００１５】請求項９乃至１３記載の低域通過フィルタ
ーは、本発明による安全切換装置の出力における乱れた
パルスの入力および／またはその危険性を回避するため
に役立つものである。

【００１６】請求項１４および１５の抑制用ダイオード
は、例えば軽量化ストライクを介するなどして出力側か
ら回路に入る乱れたパルスによるメインスイッチの損傷
や破壊を回避するために役立つものである。

【００１７】ここで、トラブルなし機能について抑制用
ダイオードを連続的にチェックするために、請求項１６
に記載されている本発明を実行する。導通状態がなくな
っていることは第１のテスト回路ですでに認識済みであ
るので、請求項１６記載のテスト回路は、単に抑制用ダ
イオードにおける遮断状態を見出だすために必要なだけ
である。導通状態がなくなった時から電源電圧は抑制用
ダイオードを通って出力線に流れる。したがって電源電
圧はその出力線に接続されたメインスイッチが開状態に
ある時に存在し、他方のメインスイッチは第１のテスト
回路によってすでにオフ状態となっている。しかしなが
ら、上述したように、抑制用ダイオードの遮断、例えば
テストポーズの間に起こる一方の接続の遮断も検出され
る。

【００１８】請求項１７記載のテストポーズは、便宜上
２つの部分に分割される。これにより、例えば請求項１
９記載の同一の出力電流測定段を使用して抑制用ダイオ
ードのトラブルのない機能を監視することができる。

【００１９】請求項１８から第２のテスト回路の有益か
つ実用的な構想を見出だすことができる。

【００２０】比較器および作動増幅器は、請求項２０の
各テスト回路に備えると好ましい。

【００２１】さらに他の有益な構想を請求項２１に開示
する。

【００２２】負荷電流およびテストポーズの監視は、第
１のテストポーズ部分において有効に実行される。抑制
用ダイオードを介してのテスト電流の監視は、第２のテ
ストポーズ部分の間に実行する。請求項２２では「ＡＮ
Ｄ」論理によって補助スイッチの全てのテスト信号を関
連させているため、故障信号が存在しない時のみ関連し
た補助スイッチはテストポーズ後も閉じたままとなる。

【００２３】テスト電流を瞬間的に生成するための回路
を請求項２３に規定する。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例について、図面を参照して説
明する。

【００２５】図１について、本発明による安全切換装置
は、センサー信号入力端子１５ａ、１５ｂに並列に接続
された２本の切換パス４０ａ、４０ｂを備える。センサ
ー信号入力端子１５ａ、１５ｂは、各々同一のセンサー
切換信号１３ａ、１３ｂを受信する。センサー切換信号
は、オペレータが光遮断器光線を入力し、危険な作動装
置のスイッチを切らなければならない時にセンサー信号
入力端子１５ａ、１５ｂにセンサー切換信号１３ａ、１
３ｂを送信するために危険な作動装置２２の前に配置さ
れた光遮断器などによって生成される。この目的のた
め、図示の実施例では、２個のリレー接点２３ａ、２３
ｂを介して作動装置２２の駆動部を電源４１に直列に接
続し、切換パス４０ａの出力側に備えられた継電器１２
ａによって一方の接点２３ａを動作させ、他方の切換パ
スの出力側に備えられた継電器１２ｂによって他方の接
点２３ｂを動作させている。２個の接点２３ａ、２３ｂ
は閉接点であり、継電器１２ａ、１２ｂ（アクター、ア
クチュエータなどとも呼ぶ）に電力を供給した時すなわ
ち継電器を動作状態においた時に閉じた状態となる。

【００２６】作動装置すなわち作動機２２は、両継電器
１２ａ、１２ｂに電力が供給され、両リレー接点２３
ａ、２３ｂの両方が閉じている時にしか動作しないこと
は理解できよう。切換接点２３ａ、２３ｂのうち一方で
も開いていれば、作動機２２は停止する。

【００２７】センサー信号入力端子１５ａ、１５ｂは、
それぞれ制御された半導体補助スイッチ１６ａ、１６ｂ
を介して半導体メインスイッチ１４ａ、１４ｂの制御入
力４２ａ、４２ｂに接続されている。メインスイッチ１
４ａ、１４ｂは、制御入力４２ａ、４２ｂで制御信号を
受信した場合に、出力線２６ａ、２６ｂ、出力抵抗器２
７ａ、２７ｂ、低域通過フィルター１７ａ、１７ｂを介
して接地した継電器１２ａ、１２ｂに電源１１からの電
力を供給する。継電器１２ａ、１２ｂを実際の安全切換
装置の外に配置し、プラグ接点４３ａ、４３ｂ、４４
ａ、４４ｂによって安全切換装置に接続することもでき
る。

【００２８】テスト生成器４５は、切換パス４０ａ、４
０ｂの両方に共通であり、１６ミリ秒毎のテストサイク
ルを開始させる。また、テスト生成器４５は、切換パス
４０ａ、４０ｂの各々で８ミリ秒の時間遅れで５０μｓ
継続するテストポーズを生成する。

【００２９】テスト生成器４５は、補助スイッチ１６
ａ、１６ｂの第１の制御入力１９ａ、１９ｂに接続され
た制御線４６ａ、４６ｂを介して動作し、補助スイッチ
１６ａ、１６ｂの各々に関連したテストポーズの開始時
にこれらの補助スイッチを開く。補助スイッチ１６ａ、
１６ｂの開状態はセンサー信号入力におけるゼロ信号に
相当するので、これに応答してメインスイッチ１４ａ、
１４ｂを開かなければならない。

【００３０】メインスイッチ１４ａ、１４ｂが実際に開
いているか否かを確認するため、作動増幅器３６ａ、３
６ｂを出力抵抗器２７ａ、２７ｂに接続する。作動増幅
器３６ａ、３６ｂは、出力抵抗器２７ａ、２７ｂにおけ
る電位を示す出力信号すなわち出力線２６ａ、２６ｂ上
の電流Ｉａ、Ｉｂに相当する信号を出力する。この信号
は、比較器２１ａ、２１ｂの制御入力に供給される。こ
の時、比較器２１ａ、２１ｂの各々の基準入力には一定
の基準電圧Ｕｒｅｆｎが印加される。基準電圧Ｕｒｅｆ
ｎの大きさは、メインスイッチ１４ａ、１４ｂがオン状
態にあって最低負荷電流にまで落ち込んだ時に、比較器
２１ａ、２１ｂの出力側の電圧を補助スイッチ１６ａ、
１６ｂの第２の制御入力２０ａ、２０ｂに印加されるＬ
レベルの電圧として１６ａ、１６ｂを閉じた状態に維持
できるような大きさである。しかしながら、例えば導通
状態に支障の出た（すなわちオーバーヒートして故障し
た）メインスイッチ１４ａまたは１４ｂが原因で出力線
２６ａ、２６ｂ上の負荷電流が維持されている場合に
は、比較器２１ａ、２１ｂの出力はＯレベルとなり、制
御入力２０ｂ、２０ａを介して相手方補助スイッチ１６
ｂ、１６ａにメインスイッチ１４ａまたは１４ｂが正し
く動作していないということを通知する。これを受けて
補助スイッチ１６ｂまたは１６ａは開き、その状態で維
持される。

【００３１】ここで重要なのは、比較器２１ａの出力側
は補助スイッチ１６ｂの第２の制御入力２０ｂに接続さ
れ、比較器２１ｂの出力は第１の補助スイッチ１６ａの
第２の制御入力２０ａに接続されているため、例えば４
０ａなど一方の切換パスにおいてエラーが生じること
で、例えば４０ｂなどの他方の切換パスが開状態となる
ということである。

【００３２】比較器２１ａおよび作動増幅器３６ａの組
み合わせと、比較器２１ｂおよび作動増幅器２１ｂの組
み合わせは、各々閾値を有する出力電流測定段１８ａ、
１８ｂとして動作し、これによってメインスイッチ１４
ａ、１４ｂをオン状態にした時に存在する正常負荷電流
と遮断電流とを区別することができる。

【００３３】出力抵抗器２７ａ、２７ｂの後ろで出力線
２６ａ、２６ｂに挿入された低域通過フィルター１７
ａ、１７ｂは、それぞれ接続線３１ａ、３１ｂと直列に
接続された２個のインダクタ２８ａ、２９ａおよび２８
ｂ、２９ｂを有する。２個のインダクタの間には、接地
したコンデンサ３０ａ、３０ｂが接続されている。低域
通過フィルター１７ａ、１７ｂをそれぞれ対応する正の
出力端子４３ａ、４３ｂの直前に配置したため、高周波
数乱輻射を効果的に回避することができる。

【００３４】各低域通過フィルター１７ａ、１７ｂの接
続線３１ａ、３１ｂには出力電圧測定段２４ａ、２４ｂ
も接続されている。出力電圧測定段２４ａ、２４ｂは、
重要な構成要素として基準入力に印加される基準電圧Ｕ
ｒｅｆｖを受ける比較器を備えている。この基準電圧
は、例えば３Ｖなどの電圧閾値となるものである。

【００３５】実測電圧Ｕａ、Ｕｂが３Ｖを越えた場合に
は、対応する切換段２４ａ、２４ｂの比較器の出力はＯ
レベルとなる。比較器２４ａの出力は第２の補助スイッ
チ１６ｂの第３の制御入力２５ｂに供給され、切換段２
４ｂの出力は第１の補助スイッチ１６ａの第３の制御入
力２５ａに供給される。切換段２４ａ、２４ｂの出力側
がＯレベルとなることで、相手方補助スイッチ１６ｂ、
１６ａは閉状態に維持される。

【００３６】テストポーズの間に出力線２６ａ、２６ｂ
上の出力電圧測定段２４ａ、２４ｂによって３Ｖを越え
る電位が検出された場合、相手方補助スイッチ１６ｂ、
１６ａは開状態となり、作動機２２のスイッチは切れ
る。

【００３７】抑制用ダイオード３２ａ、３２ｂは、電圧
電源１１と出力線の出力抵抗器２７ａ、２７ｂと低域通
過フィルター１７ａ、１７ｂの間の部分との間に挿入さ
れ、メインスイッチ１４ａ、１４ｂにとっては危険な要
素となる出力プラグ４３ａ、４３ｂからの乱れたパルス
を排除する。このような乱れたパルスは同時かつ頻繁に
発生し、両方のメインスイッチの導通状態に支障を生じ
る可能性があるので、このパルスの排除は重要である。

【００３８】抑制用ダイオード３２ａ、３２ｂの導通状
態の支障は上述したテスト回路によってすでに検出され
ているが、抑制用ダイオード３２ａ、３２ｂが遮断され
ているか、その接続線の一方がブレークしている場合に
も測定を行わなければならない。

【００３９】この目的のため、テストポーズの間にテス
ト生成器４５による制御下でさらに別の短いテストＳ
Ａ、ＳＢを行う。まず、テスト生成器４５はテストポー
ズの後半に以下のような方法でテスト電流を生成する。

【００４０】テストポーズの前半の間、テスト電流源３
３ａ、３３ｂ内のコンデンサ３９ａ、３９ｂはすでに電
源４７ａ、４７ｂによって荷電されている。

【００４１】テストＳＡ、ＳＢにおけるテストポーズの
間、このコンデンサ３９ａ、３９ｂはチャージポンプ３
８ａ、３８ｂを介して電荷を放出する。この間、テスト
電流は抑制用ダイオード３２ａ、３２ｂおよび出力抵抗
器２７ａ、２７ｂを介して負荷電流Ｉａ、Ｉｂとは反対
方向に基準電圧Ｕｒｅｆｐが印加される基準入力まで流
れる。この流れはテスト電流比較器３４ａ、３４ｂによ
って検出できる。抑制用ダイオード３２ａ、３２が最初
のままの状態に維持され、予め定められたテスト電流が
流れている限り、比較器３４ａ、３４ｂの出力は基準電
圧Ｕｒｅｆｐが適宜選択されたことでＬレベルとなり、
第４の制御入力３５ｂまたは３５ａを介して相手方補助
スイッチ１６ｂまたは１６ａに抑制用ダイオード３２
ａ、３２ｂは正しく動作していることを通知する。した
がって、これに対応した補助スイッチ１６ｂ、１６ａは
閉じたまま維持される。

【００４２】これら抑制用ダイオード３２ａ、３２ｂの
うち一方が遮断されている場合、テスト用の電流は流れ
ず、対応する比較器３４ａ、３４ｂの出力はＯレベルと
なる。したがって、相手方補助スイッチ１６ｂまたは１
６ａに相手のエラーが通知され、補助スイッチは連続的
に開いて作動機２２は連続的に停止状態となる。

【００４３】メインスイッチ１４ａ、１４ｂをオフにし
ての負荷電流テストはテストポーズの最初から最後まで
実行され、抑制用ダイオードのテストは例えば１／４程
度に短くしたテストポーズ期間中に実行されるので、入
力２０ａ、３５ａ、２０ｂ、３５ｂに見られる２つの制
御信号だけでなく、入力２５ａ、２５ｂに制御信号もＡ
ＮＤ回路３７ａ、３７ｂを介して接続して補助スイッチ
１６ａ、１６ｂを閉じ、全比較器２１ａ、２４ａ、３４
ａ、２１ｂ、２４ｂ、３４ｂの出力がＬレベルになった
時にのみ閉じた状態を維持する必要がある。

【００４４】テスト生成器４５によって予め設定された
サイクルの間本発明によって規定されるメインスイッチ
１４ａ、１４ｂを１回だけ短時間開くことで、１．メインスイッチ１４ａ、１４ｂを開くことができる
か、すなわち作動機２２を動作状態に設定することに相
当する危険な状態に陥る前にまたは両メインスイッチ１
４ａ、１４ｂが開くか、２．チェック対象となる出力線２６ａ、２６ｂには他の
電位がないか（出力線２６ａ、２６ｂ上の電位は対応す
るメインスイッチ１４ａ、１４ｂが開いている間に測定
する）、３．出力線２６ａ、２６ｂは互いに相互接続されていな
いか、すなわち相互に隔離状態にあるか、これについて
２本のスイッチングオフパス１４ａ、１４ｂの時間的遅
れのテストが必要であるか、４．抑制用ダイオードに規定された高さとエネルギーの
電位サージが印加され、これによって生成されるテスト
電流を測定して過電位保護ネットワークすなわち抑制用
ダイオード３２ａ、３２ｂは動作しているか、について
もチェックすることができる。

【００４５】したがって、本発明では上述したテストＡ
／ＳＡおよびＢ／ＳＢを明確な時間的遅れをもって実行
するという点が特に重要である。換言すれば、スイッチ
オフパス４０ｂで短時間のテストを行っている間スイッ
チオフパス４０ａは正常に動作し、逆もまたしかりであ
る。

【００４６】良くないテスト結果が発生した（切換パス
４０ａまたは４０ｂにおいてエラーが発生した）場合、
故障していない方の切換パス４０ｂまたは４０ａを連続
的にオフ状態とする。このように電流テストサイクルの
終了時に第１のエラーが発生すると作動装置すなわち作
動機２２のスイッチはオフになるので、危険な状態はそ
れ以上は継続しない。すでに生じている故障をなくすま
では作動機２２はオンにはならず、危険な状態もそれ以
上発生することはない。

【００４７】テスト生成器４５によってテストサイクル
を予め設定することで、故障時間をテスト期間すなわち
テストポーズの間のみに限定できる。切換パス４０ａ、
４０ｂのチェックに鑑みた測定すなわち機械の作動サイ
クルへの依存性をなくすことができる。テスト期間を規
定することで、テストを周期的に行って任意にはなされ
なくなり、故障の防止という点に鑑みた残留リスクを最
小限に押さえることができる。

【００４８】安全に影響する故障および組み立て時の配
線ミスについては本発明のテスト回路で対応することは
できない。半導体部品を使用することで機械的摩耗を回
避する。

【００４９】テスト生成器４５は、取り付けられたセン
サーとは無関係の時間的なベースを含み、このベースか
らテストＡ、テストＳＡ、テストＢ、テストＳＢを導き
出す。テスト期間、１期間あたりのテストパルス数、期
間の長さおよびテストＡ／ＳＡからＢ／ＳＢまでの時間
的遅れは、現存する安全上の問題に応じて予め選択する
ことができる。

【００５０】５０μｓのテストポーズは各切換パス４０
ａ、４０ｂについて１６ミリ秒毎に実行される。この
時、テストポーズは互いに８ミリ秒ずつ時間的に遅れた
形で実行される。

【００５１】一方の比較器２４ａ、２４ｂおよび他方の
比較器２１ａ、２１ｂは、各々対応するメインスイッチ
の切換状態に対して冗長的に動作する。冗長な情報はそ
れぞれの場合に比較器２１ａ、２１ｂを流れる負荷電流
とは無関係に生成されることに注意されたい。換言すれ
ば、冗長な情報は切換段２４ａ、２４ｂ上の出力線の電
圧レベルから直接得られるのである。一方、この冗長さ
は安全性を高めるために利用される。また、断線などの
故障と異種の電圧作用とを明確に区別することができ
る。

【００５２】個々の信号にレベルについて、以下のよう
な約束事を設ける。

【００５３】センサー信号：Ｏレベル＝停止／Ｌレベル
＝出力をなくす。

【００５４】制御入力１９ａ、１９ｂを介しての出力の
テストスイッチオフ：Ｏレベル＝テスト非動作／Ｌレベ
ル＝テストスイッチオフを実行。

【００５５】出力電圧測定段の出力の電圧レベル：Ｏレ
ベル＝Ｕａ＞３Ｖ／Ｌレベル＝Ｕａ＜３Ｖ。

【００５６】テストＳの間の比較器３４ａ、３４ｂの出
力：Ｏレベル＝故障／Ｌレベル＝抑制用ダイオード３２
ａ、３２ｂは正常。

【００５７】出力比較器２１ａ、２１ｂ：Ｏレベル＝負
荷電流は最小負荷電流よりも大きい／Ｌレベル＝負荷電
流は最小負荷電流よりも小さい。

【００５８】メインスイッチ１４ａ、１４ｂの制御信
号：Ｏレベル＝スイッチ開／Ｌレベル＝スイッチ閉。

【００５９】第１の解放信号の前に、他方の切換パス４
０ａ、４０ｂが安全な状態を示している（電圧と電流が
ない）かどうかのチェックを行う。同様に、過電圧保護
ネットワークもその動作をチェックする。

【００６０】添付の図１から明らかなように、切換パス
４０ａ、４０ｂでの個々のテストの結果はそれぞれ相手
方切換パス４０ｂ、４０ａのメインスイッチ１４ａ、１
４ｂに供給される。一方の切換パス４０ａ、４０ｂにつ
いてチェックする特徴が満足されていない場合には、他
方の切換パス４０ｂ、４０ａをラッチするかまたはラッ
チされているのであればそのまま維持する。テスト結果
が正であった場合にのみセンサー信号のＬレベルによっ
て２つの出力を解放する。

【００６１】低域通過フィルター１７ａ、１７ｂは、テ
スト電流源３３ａ、３３ｂによって抑制用ダイオード３
２ａ、３２ｂをチェックするための第２のテストの間、
アクター１２ａ、１２ｂを効果的に遮断できるように構
成されている。低域通過フィルター１７ａ、１７ｂはア
クター１２ａ、１２ｂからの転送荷電電流を遮断するよ
う構成されているため、この低域通過フィルター１７
ａ、１７ｂを備えることで、テスト電流源３３ａ、３３
ｂからの転送荷電電流を抑制用ダイオード３２ａ、３２
ｂを介して流すことができる。

【００６２】図２を参照すると、参照符号を付した各ダ
イアグラムの開始点で特徴付けられる点における様々な
ポーズ時間ダイアグラムが示されている。時間４８の
間、両信号入力端子１５ａ、１５ｂにはＯ信号が存在
し、当然メインスイッチ１４ａの制御入力４２ａでも補
助スイッチ１６ａを介してＯ信号が得られる。したがっ
て、Ｏ信号は端子４３ａにも存在し、継電器１２ａは動
作状態にはない。５０μｓの時間ｔ３の間、テスト生成
器４５はＬ信号を生成する。このように規定されたテス
トポーズｔ３の間、テスト生成器４５はさらに他のテス
トパルスをテスト電流源３３ａに供給する。このテスト
パルスは、時間ｔ３に比べてかなり短い時間ｔ４にまで
縮められる。テストＳＡの間、テスト抵抗器２７ａを介
してテスト電流ＩＴが流れ、時間ｔ４で比較器３４ａの
出力でＬ信号が得られる。

【００６３】しかしながら、継電器１２ａが非動作状態
にあることで作動機２２のスイッチはいずれにしても切
れるので、テストＡ／ＳＡが出力には影響を及ぼすこと
はない。

【００６４】例えば８ミリ秒の時間ｔ１経過後、上述し
たものと全く同じ形でテストＢが開始される。

【００６５】ここで、時点４９でＬ信号すなわち解放信
号が光遮断器からセンサー入力端子１５ａ、１５ｂに供
給されると仮定する。したがって、図２のダイアグラム
から明らかなように制御入力４２ａのＬ信号は切換装置
の各位置でレベルの変化が見られる。

【００６６】例えば８ミリ秒の時間ｔ２経過後、テスト
Ａを実行した結果制御入力４２ａでＯ信号が得られた場
合、メインスイッチ１４ａは短時間すなわちｔ３の間だ
けオフ状態となる。時間ｔ３でテストＳＡが実行されて
いる間、テスト電流ＩＴは短時間だけ最初に存在した出
力電流Ｉａとは反対方向に流れる。

【００６７】それぞれの場合において、故障はどこにも
存在しないためＬ信号は比較器３４ａ、２１ａ、２４ａ
の出力側に存在する。

【００６８】出力４３ａでもＯ信号は短時間だけ発生す
るが、これは極めて短時間の間だけしか発生しないため
継電器１２ａを非動作状態とするには不十分である。

【００６９】いずれにしても、故障はないのでパス４０
ｂの補助スイッチ１６ｂは閉じたままの状態で維持され
る。

【００７０】図３に示すダイアグラムにおいて、抑制用
ダイオード３２ａに故障Ｆがあると仮定する。この場
合、故障のない状態で流れる負のテスト電流ＩＴはテス
トＳＡの間ドロップアウトする。

【００７１】負のテストポーズＩＴについての故障を補
助スイッチ１６ａ、１６ｂの適当な論理接続を介して使
用し、補助スイッチ１６ｂを開状態にすることができる
ので、センサー入力端子１５ａ、１５ｂにＬ信号が見ら
れた時点で、その時に発生するメインスイッチ１４ａの
閉状態（制御入力４２ａにおける信号を参照）には関係
なくメインスイッチ１４ｂはオフ状態のまま維持される
（５１で示されるように故障のない状態（図２の５２参
照、ゼロのまま維持されている）と対比して示される制
御入力４２ｂでの０のままの信号参照）。

【００７２】停止時間４８の間補助スイッチ１６ｂを開
くべきではないとしても、抵抗器２７ａで負のテスト電
流ＩＴが降下するため、テストＳＡの間の解放時間Ｅ０
の間に故障Ｆが発生すると、その時点でこの補助スイッ
チも開かれる。この状態は、２か所の入力２０ｂ、２５
ｂのみがＬ信号を受信し、入力３５ｂはＯ信号を受信し
たため切換パス４０ｂの入力２０ｂ、２５ｂ、３５ｂで
はＡＮＤ条件は満たされないということを示している。

【００７３】このため、作動機２２のスイッチは、故障
Ｆがなくなるまで連続的にオフ状態となる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作動装置のスイッチの入った状態すなわち作動装置の危
険な切換状態を必要な時間だけ維持したままでも、特に
２個のメインスイッチにおいて故障を瞬時に認識できる
安全切換装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による安全切換装置のブロック図であ
る。

【図２】図１に示す様々な切換段の故障のない動作時の
パルス／時間図である。

【図３】抑制用ダイオードに遮断エラーが発生している
と仮定した以外は図２と同様のパルス／時間図である。

【符号の説明】

１１…電源１２ａ、１２ｂ…アクター（継電器，アクチュエータ）１４ａ、１４ｂ…メインスイッチ１６ａ、１６ｂ…補助スイッチ２２…作動機（作動装置）４５…テスト生成器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電流のオン状態と共通の作動装置（２
２）を動作状態にするセンサー切換信号（１３ａ、１３
ｂ）とに応じて例えば継電器などの２個のアクター（１
２ａ、１２ｂ）の電源（１１）のスイッチを開閉するた
めの安全切換装置であって、電源（１１）と好ましくは
接地されたアクター（１２ａ、１２ｂ）の各々との間に
配置された２個のメインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）を
備える安全切換装置において、アクター（１２ａ、１２ｂ）には慣性があり、メインス
イッチ（１４ａ、１４ｂ）に故障のない状態でメインス
イッチ（１４ａ、１４ｂ）が短時間だけ開状態となって
も、この開状態だけではメインスイッチ（１４ａ、１４
ｂ）に接続された作動装置（２２）を非動作状態にする
には不十分であるので、センサー信号入力端子（１５
ａ、１５ｂ）とメインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）との
間に通常は閉じている制御可能な補助スイッチ（１６
ａ、１６ｂ）を配置し、センサー閉信号を受信してメイ
ンスイッチ（１４ａ、１４ｂ）が閉じている時にはテス
ト生成器（４５）によって補助スイッチ（１６ａ、１６
ｂ）を短時間だけ開いて一定間隔の時間遅れで第１の制
御入力側（１９ａ、１９ｂ）を介して相手方の補助スイ
ッチ（１６ａ、１６ｂ）にテストポーズを供給し、テストポーズの間、それぞれ補助スイッチ（１６ａ、１
６ｂ）に接続されたメインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）
も開いているか否かを試験するテスト回路（２１ａ、２
１ｂ、２４ａ、２４ｂ；２７ａ、２７ｂ；３６ａ、３６
ｂ）を備え、テストポーズの間、メインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）
が開いていなければ、相手方に対応する補助スイッチ
（１６ｂ、１６ａ）を開状態に設定し、この状態を連続
的に維持することを特徴とする安全切換装置。
【請求項２】メインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）およ
び／または補助スイッチ（１６ａ、１６ｂ）は、制御さ
れた半導体スイッチであり、メインスイッチ（１４ａ、
１４ｂ）は好ましくは一体型過負荷防止部を備えること
を特徴とする請求項１記載の安全切換装置。
【請求項３】テスト周波数は約１０〜１００Ｈｚの範
囲内にあることを特徴とする請求項１または２記載の安
全切換装置。
【請求項４】テストポーズは２００μｓ未満であり、
好ましくは３０〜７０μｓで、特に約５０μｓであるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
安全切換装置。
【請求項５】各メインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）に
出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）を備え、出力電流測
定段の出力側は相手方のメインスイッチ（１４ｂ、１４
ａ）の補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）の第２の制御入
力（２０ｂ、２０ａ）に接続され、出力電流測定段は閉
じた状態のメインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）の出力の
最小予測負荷電流（Ｉａ、Ｉｂ）を示す閾値（Ｕｒｅｆ
ｎ）を有する切換段（２１ａ、２１ｂ）を備え、閾値に
達していなければテストポーズの間は相手方スイッチ
（１６ｂ、１６ａ）を閉じたままにし、テストポーズの
間に閾値を越えた場合には第２の制御入力側（２０ｂ、
２０ａ）を介して補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）を連
続的に開き、作動装置（２２）のスイッチを切ることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の安全
切換装置。
【請求項６】各メインスイッチに出力電圧測定段（２
４ａ、２４ｂ）を備え、出力電圧測定段の出力側を相手
方メインスイッチ（１４ｂ、１４ａ）の補助スイッチ
（１６ｂ、１６ａ）別の制御入力（２５ａ、２５ｂ）、
特に第３の制御入力側に接続し、出力電圧測定段は、ア
クター（１２ａ、１２ｂ）が作動装置（２２）のスイッ
チを入れる動作段に入る直前またはその段にある時の最
高出力電圧（Ｕｒｅｆｖ）を示す閾値を有し、テストポ
ーズの間に閾値に達しなければ、相手方メインスイッチ
（１４ｂ、１４ａ）の補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）
を閉じたままにし、テストポーズの間に閾値を越えた場
合には、他の第３の制御入力側（２５ｂ、２５ａ）を介
して補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）を連続的に開き、
作動装置（２２）のスイッチを切ることを特徴とする請
求項１乃至５のいずれか１つに記載の安全切換装置。
【請求項７】出力電圧測定段（２４ａ、２４ｂ）は、
出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）の後ろの出力線（２
６ａ、２６ｂ）に配置されていることを特徴とする請求
項５または６記載の安全切換装置。
【請求項８】出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）は、
出力線（２６ａ、２６ｂ）に挿入された出力抵抗器（２
７ａ、２７ｂ）に接続され、該出力抵抗器において生じ
る電位降下に反応することを特徴とする請求項５乃至７
のいずれか１つに記載の安全切換装置。
【請求項９】各メインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）と
アクター（１２ａ、１２ｂ）との間に低域通過フィルタ
ー（１７ａ、１７ｂ）を挿入したことを特徴とする請求
項１乃至８のいずれか１つに記載の安全切換装置。
【請求項１０】低域通過フィルター（１７ａ、１７
ｂ）は、切換依存性の入力および／または出力や他の高
周波数電流を通過させないよう形成されたことを特徴と
する請求項９記載の安全切換装置。
【請求項１１】低域通過フィルター（１７ａ、１７
ｂ）は、出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）の後ろの出
力線（２６ａ、２６ｂ）上に配置されたことを特徴とす
る請求項５、９、１０のいずれか１つに記載の安全切換
装置。
【請求項１２】低域通過フィルター（１７ａ、１７
ｂ）は、直列に接続された２個のインダクタ（２８ａ、
２８ｂ；２９ａ、２９ｂ）と、接地されたコンダンサ
（３０ａ、３０ｂ）とを備えることを特徴とする請求項
９または１０に記載の安全切換装置。
【請求項１３】出力電圧測定段（２４ａ、２４ｂ）
は、特に好ましくは２個のインダクタ（２８ａ、２８
ｂ；２９ａ、２９ｂ）の間の接続線（３１ａ、３１ｂ）
で低域通過フィルター（１７ａ、１７ｂ）に接続されて
いることを特徴とする請求項６、７、９乃至１２のいず
れか１つの記載に記載の安全切換装置。
【請求項１４】出力線（２６ａ、２６ｂ）で生じる乱
れたパルスを逸らすよう電源（１１）と出力線（２６
ａ、２６ｂ）との間に抑制用ダイオード（３２ａ、３２
ｂ）を挿入し、メインスイッチ（１４ａ、１４ｂ）に乱
れたパルスの影響が及ばないようにしたことを特徴とす
る請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の安全切換装
置。
【請求項１５】抑制用ダイオード（３２ａ、３２ｂ）
は、出力抵抗器（２７ａ、２７ｂ）の後ろおよび／また
は低域通過フィルター（１７ａ、１７ｂ）の前に接続さ
れていることを特徴とする請求項１４記載の安全切換装
置。
【請求項１６】テスト発生器（３４）によって制御さ
れる他のテスト回路（３３ａ、３３ｂ；３４ａ、３４
ｂ）を備え、テストポーズの間に抑制用ダイオード（３
２ａ、３２ｂ）の動作をテストすることを特徴とする請
求項１４または１５記載の安全切換装置。
【請求項１７】テストポーズの間、好ましくは第１の
テスト回路（２１ａ、２１ｂ；２４ａ、２４ｂ；２７
ａ、２７ｂ；３６ａ、３６ｂ）よりも短い時間内で他の
テスト装置（３３ａ、３３ｂ；３４ａ、３４ｂ）を動作
させ、テストポーズ内に請求項１乃至１５に記載のテス
ト（テストＡ；テストＢ）および請求項１６に記載のテ
スト（テストＳＡ；テストＳＢ）を実行することを特徴
とする請求項１６記載の安全切換装置。
【請求項１８】他のテスト装置は、テストポーズの間
のみ、特に短いテストポーズ部分の間のみ出力線（２６
ａ、２６ｂ）に電位を印加するテスト生成器（４５）に
よってトリガーされ、抑制用ダイオード（３２ａ、３２
ｂ）が最初の状態のまま変化していなければ予め定めら
れたテスト電流が発生するが、抑制用ダイオード（３２
ａ、３２ｂ）が多少なりとも遮断されていればテスト電
流は流れないか、大幅に小さくなったテスト電流のみが
流れるテスト電流源（３３ａ、３３ｂ）を含み、遮断さ
れていない抑制用ダイオード（３２ａ、３２ｂ）でのみ
許可可能なテスト電流を示す閾値（Ｕｒｅｆｐ）を有す
るテスト電流測定段（３４ａ、３４ｂ）を備えることを
特徴とする請求項１６または１７記載の安全切換装置。
【請求項１９】テスト電流は、同一の出力電流測定段
（１８ａ、１８ｂ）によって出力電流（Ｉａ、Ｉｂ）と
して測定され、出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）に供
給される最低許可テスト電流を示す閾値（Ｕｒｅｆｐ）
を有する他の切換段（３４ａ、３４ｂ）で出力電流と反
対方向に流れる電流であり、テストポーズの間に閾値を
越えれば相手方補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）は閉じ
たままとなり、この閾値に達しなければ、テストポーズ
の間、相手方の特に第４の制御入力（３５ｂ、３５ａ）
を介して相手方補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）を連続
的に開くことを特徴とする請求項１８記載の安全切換装
置。
【請求項２０】出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）お
よび出力電位測定段（２４ａ、２４ｂ）と、もし備えら
れている場合にはテスト電流切換段（３４ａ、３４ｂ）
に各々比較器（２１ａ、２１ｂ、２４ａ、２４ｂ、３４
ａ、３４ｂ）と作動増幅器（３６ａ、３６ｂ）とを備え
ることを特徴とする請求項１９記載の安全切換装置。
【請求項２１】出力電流測定段（１８ａ、１８ｂ）
は、負荷電流およびテスト電流用に２個の切換段（２１
ａ、２１ｂ；３４ａ、３４ｂ）を備えることを特徴とす
る請求項１乃至２０のいずれか１つに記載の安全切換装
置。
【請求項２２】すべての切換段（２１ａ、２１ｂ；２
４ａ、２４ｂ；３４ａ、３４ｂ）の出力側をそれぞれ論
理積回路（３７ｂ、３７ａ）によって対応する相手方補
助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）と接続し、どの切換段で
も故障信号が生成されていない時のみテストポーズ後に
補助スイッチ（１６ｂ、１６ａ）を閉じたままにしてお
くことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか１つに
記載の安全切換装置。
【請求項２３】テスト電流源（３３ａ、３３ｂ）は、
チャージングポンプ（３８ａ、３８ｂ）および可逆コン
デンサを含むことを特徴とする請求項１７乃至２２のい
ずれか１つに記載の安全切換装置。