KR20220062583A - 제어기 및 액추에이터, 및 기능 안전을 제공하기 위한 어셈블리를 또한 갖는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제어기(16) 및 액추에이터(4)뿐만 아니라 기능 안전을 제공하기 위한 어셈블리(18)를 갖는 시스템(2)에 관한 것이다. 어셈블리(18)는 스위칭 유닛(8)을 갖고, 스위칭 유닛(8)은 액추에이터(24)의 전기 공급 라인(4)에 삽입되고, 어셈블리(18)의 제어 디바이스(22)에 의해 작동되며, 제어 디바이스(22)는 신호 기술의 관점에서 제어기(16)에 접속된다. 본 발명은 또한 어셈블리(18) 및 스위칭 유닛(24)에 관한 것이다.

Description

제어기 및 액추에이터, 및 기능 안전을 제공하기 위한 어셈블리를 또한 갖는 시스템

본 발명은 제어기를 갖고 액추에이터뿐만 아니라 어셈블리를 갖는 시스템에 관한 것이다. 어셈블리는 기능 안전을 제공하는 역할을 하고 스위칭 유닛 및 제어 디바이스를 포함한다. 또한, 본 발명은 어셈블리 및 스위칭 유닛에 관한 것이다.

산업 플랜트들과 같은 플랜트들은 일반적으로 하나 또는 복수의 액추에이터를 가지며, 이에 의해 활동이 수행된다. 산업 플랜트에서, 예를 들어, 액추에이터는 작업물을 생성 및/또는 처리하는 데 사용된다. 원하는 기능에 따라 액추에이터를 동작시키기 위해, 제어기가 제공되고, 이에 의해 액추에이터로의 전류 공급이 설정된다. 가장 간단한 경우에, 제어기에 의해 작동되는 스위치가 제공된다. 스위치는 액추에이터를 스위치 온 및 오프하는 데 사용된다. 이 목적을 위해, 스위치는 액추에이터의 전기 공급 라인에 삽입된다. 이 경우에, 스위치, 제어기 및 액추에이터는 시스템을 형성한다.

액추에이터가 다른 기계들 및/또는 운영 직원을 위험하게 할 수 있는 기능들을 수행하는 데 사용될 경우, 기능 안전을 제공하는 것이 필요하다. 이에 따라, 비상 시에, 액추에이터의 의도된 기능이 설정되어야 하고, 안전 상태가 가정되어야 한다. 원하는 안전 레벨에 따라, 시스템에서의 가능한 고장들을 고려하는 것이 필요하다. 대부분의 경우에, 시스템의 개별 컴포넌트들, 예를 들어 스위치의 가능한 고장이 또한 고려된다. 따라서, 추가의 스위치를 공급 라인 내에 삽입하는 것이 필요하고, 이 스위치는 또한 제어기에 의해 작동되고, 이 스위치는 폴백 솔루션의 역할을 한다. 또한, 과도한 전압 및/또는 전류 변동들이 공급 라인을 포함하는 공급 네트워크에서 발생하거나, 액추에이터가 오기능을 갖는 것이 또한 가능하므로, 회로 차단기를 공급 라인 내에 삽입하는 것이 필요하고, 이에 따라 회로 차단기는 라인 회로 차단기 및/또는 장비 회로 차단기의 역할을 한다. 대부분의 경우에, 이것은 또한 제어기에 의해 작동된다.

따라서, 원하는 안전 레벨을 달성하기 위해 제어기에 의해 총 3개의 개별 컴포넌트가 작동되어야 한다. 이 경우, 그에 따라 개별 컴포넌트들을 상호접속하는 것이 필요하고, 이는 조립 시간을 증가시킨다. 또한, 비교적 많은 수의 상이한 라인들/케이블들이 요구되고, 이는 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 의도된 응용을 위해 개별 컴포넌트들을 서로 매칭시키는 것이 필요하다.

컴포넌트들 중 하나가 대응하는 요건을 충족하지 못하면, 시스템을 갖는 완전한 플랜트는 원하는 안전성 레벨을 충족시키지 못하며, 따라서 동작되어서는 안 된다. 결과적으로, 시스템을 설계할 때에도, 개별 컴포넌트들을 서로 조화시킬 필요가 있고, 이는 프로젝션 타임을 연장시키고, 이에 따라 제조 비용도 증가시킨다.

플랜트 및 시스템이 복수의 액추에이터들을 갖는 경우, 대응하는 수의 스위치들 및 케이블링이 이 액추에이터들 각각에 대해 요구된다. 스위치들 각각이 제어기에 의해 동작되기 때문에, 스위치들에 대한 비교적 많은 수의 인터페이스들이 제어기 상에 제공되어야 하고, 이는 필요한 제조 비용 및 공간을 과도하게 증가시킨다.

본 발명은 제어기 및 액추에이터뿐만 아니라 어셈블리 및 특히 적합한 어셈블리뿐만 아니라 특히 적합한 스위칭 유닛을 갖는 특히 적합한 시스템을 특정하는 작업에 기초하며, 유리하게는 생산이 단순화되고, 편의상 어셈블리 시간 및/또는 생산 비용이 감소되며, 특히 안전성이 증가된다.

이 작업은 시스템과 관련하여 청구항 1의 특징들에 의해, 어셈블리와 관련하여 청구항 11의 특징들에 의해 그리고 스위칭 유닛과 관련하여 청구항 12의 특징들에 의해 해결된다. 유리한 추가 개발들 및 실시예들은 종속 청구항들의 주제이다.

시스템은, 예를 들어, 특정 기능을 수행하는 플랜트의 컴포넌트이다. 특히, 플랜트는 산업 플랜트이고, 예를 들어 특정 작업물의 생산 및/또는 처리를 위해 사용된다. 시스템은 제어기 및 액추에이터를 갖는다. 액추에이터는, 예를 들어, 회전 전기 모터 또는 선형 모터인 전기 모터이다. 대안적으로, 액추에이터는, 예를 들어, 전기적으로 작동되는 밸브이다. 액추에이터는 전기 에너지를 공급하는 공급 라인을 갖는다. 조립된 상태에서, 공급 라인은, 예를 들어, 전기 DC 또는 AC 전압을 제공하는 공급 네트워크와 전기적으로 접촉된다. 공급 라인은 이러한 목적을 위해 적합하고, 편의상 제공되고 설계된다. 동작 동안, 0.5A 내지 20A, 1A 내지 15A 또는 2A 내지 10A의 전류가 예를 들어 공급 라인에 의해 정상적으로 운반된다. 특히, 이 경우, 전기 공급 라인은 소정 전위에 있고, 이 전위는 10V, 20V, 또는 100V보다 큰 접지에 대한 전압을 갖는다. 예를 들어, 전압은 10kV, 5kV 또는 1kV 미만이다. 특히, 전압은 DC 전압 또는 AC 전압이다.

제어기는 예를 들어 컴퓨터에 의해 제공되고, 특히 프로그래밍가능한 논리 제어기이다. 특히, 액추에이터를 제어하기 위한 프로세스 파라미터들은 제어기에 저장되고, 액추에이터는 프로세스 파라미터들에 따라 동작되는 경우에 원하는 기능을 수행한다.

또한, 시스템은 기능 안전을 제공하는 역할을 하는 어셈블리를 갖는다. 즉, 어셈블리는 시스템의 안전 무결성이 보장되는 것을 보장한다. 특히, 특정 안전 레벨이 어셈블리에 의해 보장된다. 어셈블리는 스위칭 유닛 및 제어 디바이스를 포함한다. 스위칭 유닛은 액추에이터의 전기 공급 라인에 삽입되고, 따라서 스위칭 유닛에 의해, 전기 공급 라인을 통한 전류 흐름을 중단할 뿐만 아니라 조정하는 것이 가능하다. 특히, 스위칭 유닛은 하우징을 가지며, 그 안에 스위칭 유닛의 모든 추가 컴포넌트들이 배열된다. 바람직하게는, 하우징의 벽들 중 하나가 공급 라인에 대한 접속을 갖는다. 즉, 접속은 하우징을 통해 돌출하고, 따라서 공급 라인은 스위칭 유닛에 접속될 수 있다. 특히, 접속은 하우징 내부에 배열된 스위칭 유닛의 스트랜드(strand)로 병합된다.

스위칭 유닛은 어셈블리의 제어 디바이스에 의해 동작된다. 즉, 스위칭 유닛은 제어 디바이스에 의해 동작된다. 예를 들어, 제어 디바이스는 직접 설정되는 스위칭 유닛의 공급 전류/공급 전압을 제어하기 위해 사용된다. 특히, 그러나, 커맨드들이 동작 동안에 제어 디바이스로부터 스위칭 유닛으로 송신되고, 이 커맨드들은 스위칭 유닛에 의해 평가된다. 이것은 제어 디바이스와 스위칭 유닛 사이에 요구되는 케이블링의 양을 감소시킨다. 제어 디바이스는 신호 기술(signal technology)의 관점에서 제어기에 접속된다. 특히, 제어기에 대한 액추에이터의 신호 접속은 어셈블리를 통해 실행되고, 액추에이터와의 제어 디바이스의 직접 접속은 편리상 존재하지 않는다. 액추에이터를 동작시키기 위해, 제어기는 따라서, 대응하는 신호를 어셈블리의 제어 디바이스에 송신하고, 이에 따라 이 신호에 의해 스위칭 유닛이 동작된다.

따라서, 시스템을 제조하기 위해, 액추에이터에 대한 어셈블리의 단 하나의 접속, 즉 전기 공급 라인으로의 삽입, 및 어셈블리에 대한 제어기의 단 하나의 접속이 요구되고, 이는 생산을 단순화한다. 요약하면, 시스템의 컴포넌트들 사이에 비교적 적은 접속들만이 존재하며, 이는 어셈블리 시간 및 제조 비용이 감소되는 이유이다. 공간 요건들이 또한 감소된다. 기능 안전이 또한 어셈블리에 의해 제공되기 때문에, 어셈블리의 개별 컴포넌트들을 서로 조화시킬 필요가 없고, 이는 시스템의 개별 컴포넌트들의 부정확한 조화를 회피하고, 따라서 안전성을 증가시킨다. 또한, 특정 안전 레벨이 실현되는 것, 즉 어셈블리에 의해 제공되는 것이 보장된다. 동작 동안, 프로세스 파라미터들 및/또는 명령어들이 특히 제어기에 의해 어셈블리에 송신되고, 제어 디바이스에 의해 거기서 수신된다. 그에 따라, 스위칭 유닛이 작동되어, 액추에이터가 프로세스 파라미터들에 따라 동작된다.

예를 들어, 시스템은 복수의 그러한 어셈블리들을 갖고, 이들 각각은 신호 기술의 관점에서 제어기에 의해 접속된다. 어셈블리들 각각에는 바람직하게는 적어도 하나의 액추에이터가 할당되고, 이 액추에이터는 각각의 스위칭 유닛에 의해 각각의 어셈블리에 의해 동작된다. 이 경우, 액추에이터들 및/또는 어셈블리들은 바람직하게는 서로 직접 접속되지 않고, 항상 제어기를 통해 접속되며, 이는 케이블링 노력을 감소시키고 상호교환성을 증가시킨다.

특히, 특정 안전 레벨이 어셈블리에 의해 보장된다. 시스템의 안전 레벨이 변경되어야 한다면, 어셈블리를 교체하는 것만이 특히 필요하고, 이를 위해 특정 수의 라인들 등만이 재접속되어야 한다. 따라서, 안전 레벨을 증가시키거나 변경하는 데 필요한 노력이 감소된다. 또한, 개별 컴포넌트들을 서로 매칭시키는 것이 필요하지 않은데, 그 이유는 이것이 어셈블리에 의해 이미 행해졌기 때문이다. 예를 들어, 어셈블리는 추가적으로 전력 공급기를 포함한다. 동작 동안, 상기 전력 공급기는 특히 제어 디바이스 및/또는 스위칭 유닛 및 어셈블리의 임의의 추가 컴포넌트들에 공급하기 위해 사용된다. 따라서, 고장 안전이 더 증가된다. 제어 디바이스를 제조할 때 특정 범위의 기능들을 생략하는 것이 또한 필요하지 않은데, 예를 들어 그 이유는 이것을 위해 필요한 전기 에너지가 충분하지 않기 때문이다.

예를 들어, 스위칭 유닛, 적합하게는 가능한 스트랜드는 단일 스위치만을 갖는다. 그러나, 특히 바람직하게는, 스위칭 유닛, 적합하게는 가능한 스트랜드는 공급 라인에 삽입되는 직렬로 전기적으로 접속된 다수의 스위칭 요소를 포함한다. 따라서, 특히, 2, 3, 4개 이상의 스위칭 요소가 존재한다. 스위칭 요소들 중 하나가 개방될 때, 공급 라인을 통한 전류 흐름이 중단된다. 따라서, 스위칭 요소들 중 하나가 고장나더라도, 전류의 흐름을 중단시키는 것이 여전히 가능하고, 이는 안전성을 더 증가시킨다.

스위칭 요소들 중 적어도 하나, 바람직하게는 2개 또는 복수의 스위칭 요소들은 기계적 스위치로서, 즉 전기기계적 스위치로서 적합하게 설계된다. 기계적 스위치에 대응하는 전압을 인가함으로써, 기계적 스위치는 개방/폐쇄된다. 특히, 기계적 스위치는 릴레이 또는 접촉기로서 설계된다. 예를 들어, 기계적 스위치들 중 하나는 릴레이로서 설계되고, 다른 하나는 접촉기로서 설계되거나, 기계적 스위치들 둘 다가 접촉기들로서 설계되거나, 기계적 스위치들 둘 다가 릴레이들로서 설계된다. 기계적 스위치들로 인해, 특히 개방할 때 갈바니 격리가 발생하며, 이는 안전이 더 증가되는 이유이다. 이 경우, 특히, 스위치 섹션 또는 다른 컴포넌트가 물리적 절연체의 역할을 한다. 적합하게, 예를 들어 플라스틱 또는 세라믹으로 이루어진 전기적 절연체가 기계적 스위치의 임의의 개방 접촉부들 사이에 삽입된다. 요약하면, 그에 따라, 추가적인 물리적 절연체가 제공된다. 따라서, 개방 접촉부들 사이의 아크의 형성 및/또는 스파크의 스키핑이 회피되고, 이는 안전성을 더 증가시킨다. 기계적 스위치가 릴레이로서 설계되면, 상기 릴레이는 편의상 단안정 릴레이이다. 상기 단안정 릴레이는 바람직하게는 정상 개방 구성으로 설계된다. 따라서, 기계적 스위치를 폐쇄하기 위해 능동 제어가 요구된다. 고장의 경우 그리고/또는 전력 공급기가 차단될 때, 이에 따라 기계적 스위치는 개방되고, 이는 안전성을 증가시킨다.

대안적으로 또는 특히 바람직하게는 그것과 조합하여, 스위칭 요소들 중 적어도 하나는 반도체 스위치, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터이다. 바람직하게는, 반도체 스위치는 MOSFET, IGBT, 또는 GTO와 같은 전력 반도체 스위치이다. 반도체 스위치의 경우에, 작동 시에 아킹이 발생하지 않아서, 안전성이 증가된다. 반도체 스위치는 편의상 자체-차단형(self-blocking)이다. 결과적으로, 반도체 스위치를 통한 전류 전도는 작동 상태에서만 가능하다. 따라서, 반도체 스위치를 통한 전류 흐름은 결함있는 활성화의 경우에, 그리고 이에 따라 고장의 경우에 그리고/또는 전력 공급 차단의 경우에 배제되며, 이것은 안전성을 증가시킨다. 편의상, 반도체 스위치는 단안정으로 설계된다.

바람직하게는, 반도체 스위치 및 적어도 하나의 기계적 스위치 둘 다가 제공된다. 이 경우, 스위칭 유닛이 작동되어 전기적으로 비전도 상태로 전환될 때, 편의상, 반도체 스위치가 먼저 개방된 다음, 기계적 스위치 또는 스위치들이 개방된다. 따라서, 기계적 스위치들에서 아킹이 발생하지 않으며, 이는 손상을 방지한다. 열 생성도 감소된다. 따라서, 스위칭 유닛에 의해 비교적 많은 수의 스위칭 동작을 실행하는 것이 가능하다. 스위칭 유닛이 전기적으로 전도 상태로 전환될 때, 모든 기계적 스위치들이 먼저 작동된 다음, 반도체 스위치가 작동된다. 이러한 방식으로, 아크 등의 형성도 방지되고, 이는 마모를 감소시킨다.

스위칭 유닛은 편의상 전류 제한기를 가지며, 전류 제한기에 의해 스위칭 유닛에 의해 운반되는 최대 전류가 제한된다. 전류 제한은 편의상 능동적이며, 따라서 전류 흐름은 특정 기간 동안, 예를 들어 무기한으로 최대 전도 전류로 유지되거나 유지될 수 있다. 한편, 최대 전도 전류를 초과하는 것은 본질적으로 가능하지 않다. 특히, 최대 전도 전류의 값은 전류 응용에 적응된다. 바람직하게는, 전류 제한은 전류가 증가함에 따라 전기 저항이 증가하는 반도체에 의해 구현되며, 증가는 편의상 비선형이다. 바람직하게는, 반도체 스위치는, 존재한다면, 전류 제한기로서 사용되고, 반도체 스위치는 그에 따라 설계된다. 따라서, 특히 스위칭 유닛에 의해 전도될 최대 전류에 접근할 때, 반도체 스위치의 옴 저항은 바람직하게는 실질적으로 급격하게 증가된다. 예를 들어, 전류 제한으로 인해 전도될 수 있는 최대 전류는 8A 내지 12A 또는 9A 내지 11A이다. 따라서, 전류 제한으로 인해, 고장의 경우에, 예를 들어 액추에이터에서의 단락 회로의 경우에 안전성이 또한 증가되고, 예상 파괴 또는 추가 손상이 감소된다.

특히 바람직하게는, 스위칭 유닛은 전기 퓨즈를 포함하고, 이 전기 퓨즈는 스위칭 요소(들)와 직렬로 전기적으로 접속되고, 따라서 또한 공급 라인 내로 삽입된다. 퓨즈는 특히 스위칭 요소들의 사용 및/또는 설계와 무관하고, 편의상 항상 공급 라인 내로 삽입된다. 특히, 퓨즈는 안전 퓨즈로서, 예를 들어 소위 유리 튜브 퓨즈 등으로서 설계된다. 과도한 전류의 경우에, 퓨즈는 스위칭 유닛을 통해 전류의 흐름을 차단하며, 따라서 퓨즈는 "고장 안전(fail safe)" 요소로서 작용한다. 시스템의 개별 컴포넌트들, 예를 들어 또한 스위칭 유닛의 개별 컴포넌트들의 비교적 광범위한 고장의 경우에, 퓨즈는 액추에이터의 동작이 중단되는 것을 보장한다. 따라서, 안전 레벨이 증가된다. 대안으로, 하나 또는 복수의 회로 차단기들이 퓨즈 대신에 사용된다.

예를 들어, 모든 스위칭 요소들은 제어 디바이스에 의해 작동되고, 제어 디바이스에 의해 대응하는 공급 전압이 개별 스위칭 요소들에 인가된다. 그러나, 특히 바람직하게는, 스위칭 유닛은 제어 유닛을 갖고, 제어 유닛에 의해 스위칭 요소 또는 스위칭 요소들이 각각 작동된다. 이 경우에, 제어 디바이스는 대응하는 신호들을 제어 유닛에 송신하고, 제어 유닛에 의해 스위칭 요소들이 그에 따라 작동된다. 제어 유닛에 의해, 대응하는 공급 전압이 편의상 이 목적을 위해 스위칭 요소들에 인가된다. 이것은 요구되는 케이블링의 양을 더 감소시킨다. 제어 유닛은 편의상 서로 중복되는 2개의 부품들을 갖는다. 이 경우에, 스위칭 요소들의 대응하는 제어는 부품들 각각에 의해 가능해진다. 결과적으로, 제어 유닛의 부품들 중 하나가 고장나더라도, 추가의 동작이 가능하고, 이는 안전성을 더 증가시킨다. 예를 들어, 2개의 부품들은 서로에 대해 동일한 설계이거나, 특히 바람직하게는 상이한 설계이다. 특히, 이 경우에 개별 요소들에 대해 상이한 제조자들이 이용되며, 따라서 부품들 중 하나, 특히 마이크로프로세서의 컴포넌트들의 결함있는 제조의 경우에, 다른 하나의 부품으로 연속 동작이 가능하다.

특히 바람직하게는, 스위칭 요소들은, 그들이 어떤 스위칭 상태에 있는지에 대한 피드백을 제공하는 방식으로 설계된다. 각각의 스위칭 요소가 기계적 스위치/릴레이이면, 그것은 편의상 피드백을 제공하는 역할을 하는 보조 접촉부들을 포함한다. 예를 들어, 보조 접촉부들은 각각의 스위칭 요소를 통해 전류 흐름이 가능할 때 항상 서로 전기적으로 접촉한다. 전류 흐름이 가능하지 않으면, 보조 접촉부들은, 각각, 편의상 또한 서로 분리되거나, 그 반대이다. 보조 접촉부들은 바람직하게는 예를 들어 소위 미러 접촉부들로서 강제로 유도되고 설계된다. 각각의 스위칭 요소가 반도체 스위치로서 설계되면, 게이트에 인가된 신호(게이트 신호)는 예를 들어 피드백으로서 사용된다. 추가의 개발에서, 피드백은 추가적으로 반도체 스위치를 통한 전류 흐름 및/또는 반도체 스위치의 절연 용량에 기초하여 도출된다. 대안적으로, 반도체 스위치를 가로질러 흐르는 전류는 피드백을 위해 검출, 예를 들어 측정된다. 대안적으로 또는 조합하여, 인가된 전압이 검출, 예를 들어 측정된다. 요약하면, 반도체 스위치의 기능이 모니터("모니터링")된다.

피드백은 예를 들어 제어 디바이스에 의해 직접 판독된다. 특히 바람직하게는, 제어 유닛 또는 추가의 제어 유닛이 이 경우에 제공되고, 그것에 의해 스위칭 요소들의 대응하는 상태가 판독된다. 상태는 바람직하게는 제어 디바이스에 신호로서 송신된다. 이것은 요구되는 케이블링의 양을 더 감소시킨다. 스위칭 요소들의 상태를 판독하는 것에 기초하여 액추에이터의 현재 상태에 관한 결론을 도출하는 것이 또한 가능하다. 대안적으로, 또는 특히 바람직하게는 그와 조합하여, 스위칭 유닛은 센서를 갖고, 이 센서에 의해 스위칭 유닛에 의해 전도된 전류 및/또는 인가된 전압이 검출된다. 즉, 스위칭 유닛은 전류 센서 및/또는 전압 센서를 포함한다. 바람직하게는, 이 센서는 또한 제어 유닛에 의해 판독되고, 그에 따라, 예를 들어, 스위칭 요소들 중 하나 또는 복수의 스위칭 요소가 작동된다. 바람직하게는, 인가된 전압 및/또는 그와 함께 전도된 전류에 의해 초과되는 한계 값에 의존하여 그리고/또는 특정 기간 내의 전류/전압의 변화의 함수로서 작동이 발생한다. 따라서, 스위칭 유닛은 회로 차단기, 특히 라인 회로 차단기 또는 장비 회로 차단기의 기능을 추가적으로 취한다. 따라서, 안전성이 더 증가된다.

바람직하게는, 액추에이터는 동작 동안 접지, 특히 어스(earth)를 전위로서 갖는 접지 라인을 포함한다. 예를 들어, 액추에이터의 하우징은 접지 라인과 전기적으로 접촉되어, 접촉 보호가 실현된다. 바람직하게는, 스위칭 유닛은 액추에이터의 접지 라인 내로 삽입되는 추가적인 스위칭 요소를 포함한다. 따라서, 접지 라인은 또한 스위칭 유닛을 통해 유도된다. 동작 동안, 추가적인 스위칭 요소는 특히 또한 가능한 제어 유닛에 의해 작동된다. 따라서, 추가적인 스위칭 요소로 인해, 접지 라인을 또한 전기적으로 차단하고, 따라서 액추에이터를 접지로부터 그리고 공급 라인이 유도되는 전위로부터 전기적으로 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 안전 레벨이 증가된다. 대안적인 실시예에서, 추가적인 스위칭 요소는 존재하지 않고, 따라서 접지 라인은 특히 온전하다. 예를 들어, 접지 라인은 스위칭 유닛에 의해 적어도 부분적으로 제공되거나, 접지 라인은 스위칭 유닛의 일부가 아니다.

예를 들어, 복수의 그러한 추가의 스위칭 요소들이 접지 라인 내로 삽입되어, 안전성을 증가시킨다. 예를 들어, 추가의 스위칭 요소들 중 적어도 하나는 기계적 스위치로서 설계되고, 추가의 스위칭 요소들 중 다른 하나는 반도체 스위치로서 설계된다. 그러나, 바람직하게는, 단 하나의 추가의 스위칭 요소가 존재하며, 이는 제조 비용을 감소시킨다. 바람직하게는, 상기 스위칭 요소는 기계적 스위치로서 설계되어, 추가의 스위칭 요소가 개방될 때 갈바니 격리 및 따라서 전기적 절연이 제공된다.

편의상, 시스템은 예를 들어 액추에이터와 구성이 동일한 추가 액추에이터를 갖는다. 특히, 2개의 액추에이터는 상호작용하여, 제어기에 의해 서로 협력하여 동작된다. 대안적으로, 2개의 액추에이터는 예를 들어 서로 독립적이고, 액추에이터들 각각은 상이한 작업물을 처리/생성하기 위해 이용된다. 추가 액추에이터는 추가 공급 라인을 갖는다.

특히, 스위칭 유닛은 직렬로 전기적으로 접속된 다수의 추가 스위칭 요소들을 가지며, 이들은 추가 공급 라인에 삽입된다. 따라서, 스위칭 유닛은 또한 전류를 운반하며, 이에 의해 추가 액추에이터가 에너지를 공급받는다. 예를 들어, 추가 스위칭 요소들은 가능한 스위칭 요소들과 구성이 실질적으로 동일하여, 스위칭 유닛은 서로 구성이 동일한 2개의 스트랜드들을 가지며, 스트랜드들 중 하나는 공급 라인에 할당되고 추가 스트랜드는 추가 공급 라인에 할당된다. 특히, 추가 퓨즈가 여기에 존재하며, 이는 추가 공급 라인에 삽입된다. 제어 유닛이 존재하는 경우, 추가 스위칭 요소들은 편의상 또한 그것에 의해 작동된다. 즉, 스위칭 유닛은 단일 제어 유닛만을 가지며, 그것에 의해 모든 스위칭 요소들 등이 작동되고/되거나, 그것에 의해 모든 가능한 센서들이 판독되며, 센서들 중 적어도 하나는 바람직하게는 라인들 각각에 할당된다. 따라서, 하드웨어 요건들이 감소된다. 추가 개발에서, 대응하는 회로 차단기가 추가 퓨즈 대신에 사용된다.

이에 대한 대안에서, 어셈블리는 스위칭 유닛과 구성이 동일한 추가 스위칭 유닛을 갖는다. 그러나, 추가 스위칭 유닛은 추가 공급 라인에 삽입되어, 추가 공급 라인에 의해 운반된 전류가 추가 스위칭 유닛에 의해 차단될 수 있다. 또한, 추가 스위칭 유닛은 제어 디바이스에 의해 동작된다. 따라서, 스위칭 유닛과 추가 스위칭 유닛 둘 다는 제어 디바이스에 의해 동작된다. 추가 스위칭 유닛으로 인해, 시스템의 모듈 구조가 실현되어, 비교적 많은 수의 추가 액추에이터가 시스템에 의해 동작될 수 있다. 바람직하게는, 따라서, 복수의 추가 액추에이터가 존재한다. 예를 들어, 이들 각각의 일부는 추가 스위칭 유닛들 중 하나에 할당되고, 추가 스위칭 요소들은 예를 들어 각각의 경우에 스위칭 유닛 또는 추가 스위칭 유닛들에 할당된다. 즉, 적어도 2개 또는 복수의 액추에이터가 어셈블리의 스위칭 유닛들 각각에 의해 동작된다. 따라서, 스위칭 유닛들의 총 수가 감소된다.

제어 디바이스 및 스위칭 유닛은 바람직하게는 신호 기술 관점에서 단지 서로 접속되어, 신호들이 그들 사이에서만 교환한다. 편의상, 상기 신호들은 특정 전압 레벨만을 가지며, 이는 처리가 확장되는 이유이다. 바람직하게는, 제어 디바이스 및 스위칭 유닛은 신호 기술 관점에서 제1 버스 시스템에 의해 접속된다. 제어 디바이스는 제1 버스 시스템의 마스터로서 구성된다. 따라서, 스위칭 유닛은 슬레이브이다. 복수의 그러한 스위칭 유닛들, 예를 들어 추가 스위칭 유닛이 존재하는 경우, 이들은 모두 특히 슬레이브들로서 구성된다. 어셈블리가 항상 존재하는 단일 제어 디바이스만을 가지므로, 마스터의 명확한 식별이 용이해진다. 또한, 따라서, 비교적 많은 수의 개별 스위칭 유닛들을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 상기 제어 유닛이 존재하는 경우, 스위칭 유닛은 신호 기술 관점에서 제어 유닛에 접속된다.

바람직하게는, 제어 디바이스 및/또는 스위칭 유닛은 복수의 접속을 가지며, 이들 각각은 제1 버스 시스템의 대응하는 라인에 접속된다. 따라서, 신호 접속의 중복이 실현된다. 바람직하게는, 제1 버스 시스템은 Profibus, Profinet, Ethercat, Ethernet IP 또는 IO 링크 표준을 따르고, 안전 관련 기능들이 적합하게 지원되며, 이를 위해 특히 안전 계층이 제공된다. 바람직하게는, 제1 버스 시스템에 사용되는 버스 표준은, 각각, Profisave, Safety over Ethercat(FSoE), Safety over IO-Link 또는 CIP Safety이다. 특히, 통신은 순차적이어서, 이전 텔레그램을 식별하는 값이 전송된 각각의 텔레그램으로 처리된다. 이것은, 제1 버스 시스템에 의해 교환되는 텔레그램들이 제1 버스 시스템의 참가자들 각각, 즉 마스터 및 슬레이브들에 의해 올바르게 수신되는 것을 보장한다.

대안적으로, 또는 특히 바람직하게는 이와 조합하여, 제어 디바이스 및 제어기는 신호 기술의 관점에서 제2 버스 시스템에 의해 접속된다. 이 경우, 예를 들어, 제어 디바이스는 제2 버스 시스템의 슬레이브로서 구성되고, 제어기는 편의상 제2 버스 시스템의 마스터로서 구성된다. 따라서, 모듈 구조가 또한 제공되어, 복수의 어셈블리들이 사용될 수 있다. 이 경우, 어셈블리들의 각각의 제어 디바이스는 편의상 슬레이브로서 구성된다. 바람직하게는, 제2 버스 시스템은 Profibus, Profinet, Ethercat, Ethernet IP 또는 I0 링크 표준을 따르고, 안전 관련 기능들이 적합하게 지원되며, 이를 위해 특히 안전 계층이 제공된다. 바람직하게는, 제1 버스 시스템에 사용되는 버스 표준은 Profisave, Safety over Ethercat(FSoE), Safety over IO-Link 또는 CIP Safety이다. 적합하게, 제어 디바이스 및 제어기는 각각 복수의 접속들을 가지며, 이들은 상이한 평행 라인들에 할당된다. 따라서, 제어 디바이스와 제어기 사이의 중복 신호 접속이 또한 제공된다.

특히 바람직하게는, 제1 및 제2 버스 시스템 둘 다가 존재한다. 이 경우에 스위칭 유닛은 제1 버스 시스템에 의해 제어 디바이스에 접속되기 때문에, 제어기에서 스위칭 유닛의 구조에 대한 정확한 지식이 요구되지 않는다. 또한, 제2 버스 시스템의 참가자들의 수가 감소되는데, 그 이유는 제2 버스 시스템에서는 스위칭 유닛에, 특히 가능한 제어 유닛에 어드레스가 할당되지 않고, 제1 버스 시스템에서만 할당되기 때문이다. 따라서, 제2 버스 시스템에서 그리고 또한 제1 버스 시스템에서 사이클 시간을 증가시키고, 따라서 데이터 교환의 속도를 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 어셈블리가 교체될 때, 제어기의 프로그래밍을 변경할 필요가 없고, 이는 유지보수를 단순화한다. 또한, 제1 버스 시스템에서 에러가 발생하는 경우, 제2 버스 시스템에 대한, 따라서 제어기에 대한 영향이 회피되어, 임의의 추가 어셈블리들이 계속해서 안전하게 동작될 수 있다. 즉, 시스템의 추가 컴포넌트들에 대한 피드백 효과가 감소된다. 따라서, 안전성이 증가된다.

복수의 스위칭 요소들, 특히 2개의 기계적 스위치들 및/또는 반도체 스위치가 존재하는 경우, 편의상 이들에 의해 스위칭 그룹이 형성된다. 적합하게는, 스위칭 그룹은 스위칭 유닛의 모든 스트랜드들, 따라서 또한 가능한 추가의 그리고/또는 추가적인 스위칭 요소들을 포함하여, 스위칭 유닛이 가능한 제어 디바이스 및 개별 스위칭 요소들을 갖는 스위칭 그룹에 의해 형성된다. 적합하게는, 가능한 퓨즈 및/또는 추가의 퓨즈들은 각각 스위칭 그룹의 컴포넌트이다. 스위칭 그룹은 단일 어셈블리로서 적합하게 구현된다.

시스템의 동작 동안, 액추에이터의 작동은 시스템에 의해 특정된다. 작동이 프로세스 파라미터에 따라 발생한다면, 이것은 스위칭 유닛에 적합하게 송신된다. 스위칭 유닛이 하나가 한계값보다 큰 안전 레벨을 갖고 다른 하나가 한계값보다 작은 안전 레벨을 갖는 스위칭 요소들 등, 예를 들어 기계적 스위치 및 반도체 스위치를 갖는다면, 하위 레벨을 갖는 스위칭 요소, 즉, 특히 반도체 스위치가 편의상 작동된다. 그러나, 제어기가 액추에이터가 특정 안전 기능, 예를 들어, STO(안전한 토크 오프)로 인해 작동되어야 한다고 특정한다면, 최고 안전 레벨을 갖는 스위칭 요소 또는 적어도 안전 레벨이 한계값보다 높은 스위칭 요소, 특히 기계적 스위치가 작동된다. 이 경우에, 편의상, 반도체 스위치가 먼저 작동되고, 이어서 기계적 스위치가 작동되어, 아크의 형성이 방지된다.

어셈블리는 기능 안전을 제공하는 역할을 하고, 특히 제어기 및 액추에이터를 또한 갖는 시스템에서 사용되도록 적합하고, 특히 제공되고 설계된다. 조립된 상태에서, 어셈블리의 스위칭 유닛은 액추에이터의 전기 공급 라인 내로 삽입된다. 또한, 어셈블리는 제어 디바이스를 가지며, 이것에 의해 어셈블리가 동작된다. 어셈블리는 신호 기술의 관점에서 제어 디바이스에 접속되도록 더 적합하고, 특히 제공되고 설계된다. 특히, 이 목적을 위해, 제어 유닛은 예를 들어, 다수의 전기 및/또는 전자 컴포넌트에 의해 구현되는 적합한 회로를 포함한다. 바람직하게는, 회로는 중복 설계를 갖고, 상이한 제조자들이 바람직하게는 개별 부품들/컴포넌트들을 위해 사용된다. 따라서, 고장 안전성이 더 증가된다. 특히, 제어 디바이스는 신호 기술의 관점에서 제어기 및/또는 시스템의 추가 컴포넌트들과의 접속을 위한 다수의 인터페이스를 갖는다.

스위칭 유닛은 액추에이터의 전기 공급 라인으로 삽입되도록 적합하고, 특히 의도된다. 더욱이, 스위칭 유닛은 기능 안전성을 제공하는 역할을 하는 어셈블리의 컴포넌트이다. 바람직하게는, 스위칭 유닛은 하우징을 가지며, 그 안에는 스위칭 유닛의 모든 추가 컴포넌트들, 특히 가능한 스위칭 요소들 및/또는 퓨즈가 배열된다. 바람직하게는, 스위칭 유닛은 하우징 내에 배열되는 제어 유닛을 갖는다. 제어 유닛은 편의상 중복 설계를 가지며, 바람직하게는 2개의 부품을 갖는다. 부품들 각각은, 예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC)이다. 하우징은 바람직하게는 플라스틱 또는 금속으로 이루어지고, 조립된 상태에서, 편의상 접지와 전기적으로 접촉되고, 따라서 이 목적을 위해 적합하고, 특히 제공되고 설계된다. 따라서, 접촉 보호가 실현된다.

시스템과 관련하여 설명된 추가의 개발들 및 이점들은 또한 어셈블리/스위칭 유닛에 그리고 서로에 그리고 그 반대에 유사하게 적용되어야 한다.

이하에서, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 여기서, 도면들은 다음을 도시한다.
도 1은 제어기를 갖고 액추에이터뿐만 아니라 어셈블리를 갖는 시스템의 개략적인 스케치이다.
도 2는 추가의 액추에이터 및 어셈블리의 수정된 스위칭 유닛을 갖는, 도 1에 따른 시스템이다.
도 3은 추가의 스위칭 유닛을 갖는, 도 2에 따른 시스템이다.
모든 도면들에서 대응하는 부분들은 동일한 참조 부호들로 표시된다.

도 1은 더 상세히 도시되지 않은 산업 플랜트의 컴포넌트인 시스템(2)의 개략적인 스케치를 도시한다. 시스템(2)은 전기기계적 밸브 형태의 액추에이터(4)를 가지며, 이에 의해 파이프를 통한 가스 또는 액체와 같은 유체의 흐름이 제어된다. 액추에이터(4)는 공급 라인(8) 및 접지 라인(10)을 가지며, 이들은 공급 네트워크(12)와 전기적으로 접촉된다. 이 예에서, 공급 네트워크(12)는 더 상세히 도시되지 않은 정류기에 의해 제공된다. 접지 라인(10)은 또한 접지(14)에 전기적으로 접속된다. 공급 라인(8) 및 접지 라인(10)에 의해 일정한 전위가 유도되며, 이들 사이에는 200V의 전압이 인가된다.

또한, 시스템(2)은 액추에이터(4)를 작동시키기 위한 프로세스 파라미터들이 저장되는 제어기(16)를 구비하며, 따라서 유체 공급의 적절한 제어/조절이 이루어진다. 제어기(16)는 프로그래밍 가능 논리 제어기이고, 이것에 의해 더 상세히 도시되지 않은 산업 플랜트의 추가 컴포넌트들, 예로서 여기에 더 상세히 도시되지 않은 추가 기계들 및/또는 액추에이터들의 제어 및/또는 조절이 이루어진다.

또한, 시스템(2)은 기능 안전을 제공하는 역할을 하는 어셈블리(18)를 갖는다. 어셈블리(18)는 전력 공급기(20), 제어 디바이스(22) 및 스위칭 유닛(24)을 가지며, 이들 각각은 함께 정렬될 수 있는 어셈블리들로서 설계되고, 제어 캐비닛에 배열되며, 더 상세히 도시되지 않는다. 스위칭 유닛(24)은 어셈블리 및/또는 교체 목적을 위해 제어 디바이스(22)로부터 분리될 수 있는 개별 컴포넌트로서 설계된다. 전력 공급기(20)는 전원(26)을 가지며, 그것에 의해 24V의 DC 전압이 제공된다. 전원(26)은 제어 디바이스(22) 및 스위칭 유닛(24)의 각각의 대응하는 전력 접속들(28)에 전기적으로 접속되는 전력 공급기(20)의 2개의 전력 접속(28)에 대해 유도되며, 따라서 전력 공급기(20)에 의해 제어 디바이스(22) 및 스위칭 유닛(24)에 전기 공급이 제공된다.

제어 디바이스(22)는 전력 접속(28)을 통해 전기적으로 공급되는 제어 모듈(30)을 갖는다. 또한, 제어 모듈(30)은 제2 버스 시스템(36)의 제2 버스 라인(34)을 통해 각각 제어 디바이스(22)의 2개의 제2 접속(32)을 통해 신호 기술의 관점에서 제어기(16)에 접속된다. 2개의 제2 버스 라인(34) 및 2개의 제2 접속(32)으로 인해, 중복이 제공된다. 제2 버스 시스템(36)은 Profisafe or Safety over IO 링크 표준을 따르고, 제어기(16)는 제2 버스 시스템(36)의 마스터로서 구성된다. 제어 디바이스(22), 특히 제어 모듈(30)은 제2 버스 시스템(36)의 슬레이브로서 구성된다. 복수의 그러한 어셈블리(18)가 존재하는 경우, 각각의 제어 디바이스(22)는 제2 버스 시스템(36)의 각각의 슬레이브로서 구성된다.

고장 안전을 제공하기 위해, 제어 모듈(30)은 동일한 기능들을 수행하지만 서로 상이한 회로에 의해 제공되는 2개의 서브섹션들(38)을 갖는다. 즉, 제어 모듈(30)은 또한 중복 설계를 갖는다. 제어 모듈(30)은 2개의 제1 접속들(40)에 의해, 각각 그것에 할당된 제1 버스 시스템(44)의 제1 버스 라인(42)을 통해 스위칭 유닛(24)의 대응하는 접속들(46)에 접속된다. 따라서, 제어 디바이스(22)와 스위칭 유닛(24) 사이의 중복 신호 접속이 또한 여기서 구현된다. 2개의 부품들(50)을 갖는 제어 유닛(48)은 신호 기술의 관점에서 접속들(46)에 접속된다. 2개의 부품들(50)은 동작 동안 동일한 기능들을 수행하여, 제어 유닛(48)은 또한 중복 구조를 갖는다. 전력이 전력 접속들(28)에 의해 제어 유닛(48)에 공급된다.

요약하면, 제어 디바이스(22), 즉 제어 모듈(30), 및 스위칭 유닛(24), 즉 제어 유닛(48)은 신호 기술의 관점에서 제1 버스 시스템(44)에 의해 접속되며, 이 제1 버스 시스템은 Profisafe or Safety over IO 링크 표준에 따라 동작된다. 이 경우, 제어 디바이스(22)는 마스터로서 구성되고, 스위칭 유닛(24)은 제1 버스 시스템(44)의 슬레이브로서 구성된다. 즉, 제1 버스 시스템(44)에서의 통신은 제어 디바이스(22)에 의해 특정된다. 제1 버스 시스템(44)은 이 경우 제2 버스 시스템(36)과 독립적이고, 스위칭 유닛(24)에는 제2 버스 시스템(36)에서의 어드레스가 할당되지 않는다.

스위칭 유닛(24)은 공급 라인(8)에 삽입되는 스트랜드(52)를 갖는다. 즉, 스트랜드(52)에 의한 동작 동안, 전기 에너지의 일부는 공급 네트워크(12)로부터 액추에이터(4)로 전도되고, 스위칭 유닛(24)은 공급 라인(8)에 삽입된다. 스트랜드(52)는 직렬로 전기적으로 접속되는 총 3개의 스위칭 요소들(54)을 갖는다. 스위칭 요소들(54) 중 2개는 기계적 스위치(56)로서 구성된다. 기계적 스위치(56)는 접촉기이다. 나머지 스위칭 요소(54)는 MOSFET 형태의 반도체 스위치(58)이다. 반도체 스위치(58)는 또한 전류 제한기로서 작용한다. 10A의 전류가 초과될 때, 반도체 스위치(58)의 옴 저항이 증가하여, 전류가 더 증가할 수 없다. 따라서, 반도체 스위치(58)에 의해, 액추에이터(4)뿐만 아니라 스위칭 유닛(24)의 다른 컴포넌트들의 보호가 이루어진다. 요약하면, 스위칭 요소들(54)은 공급 라인(8)에 삽입되고 직렬로 전기적으로 접속된다.

스위칭 요소들(54)은 제어 유닛(48)에 의해 작동된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 전기 공급 전압이 제어 유닛(48)에 의해 스위칭 요소들(54)에 인가되어, 그것들은 전기 전도성 또는 전기 비전도성 상태에 있게 된다. 더욱이, 스위칭 요소들(54)은, 그것들에 전압을 인가함으로써, 그것들이 어느 스위칭 상태에 있는지에 관해 조회될 수 있도록 하는 방식으로 설계된다. 스위칭 요소들(54)의 상태는 또한 제어 유닛(48)에 의해 조사된다.

또한, 퓨즈(60)가 스트랜드(52)에 삽입되고, 따라서 퓨즈(60)는 스위칭 요소들(54)과 직렬로 전기적으로 접속된다. 퓨즈(60)는 유리 튜브 퓨즈로서 구성된다. 퓨즈(60)는, 예를 들어, 제어 유닛(48), 전류 제한기로서 작용하는 반도체 스위치(58), 또는 스위칭 유닛(24)의 다른 컴포넌트들에서 고장이 발생하는 경우에 최종 보호의 역할을 한다. 퓨즈(60)가 트립(trip)될 때, 그것은 파괴되고, 따라서 스트랜드(52)는 분리된다. 그 결과, 공급 네트워크(12)로부터 액추에이터(4)로의 전력 공급이 중단된다.

접지 라인(10)은 또한 스위칭 유닛(24)을 통과하고, 따라서 스위칭 유닛(24)은 액추에이터(4)의 접지 라인(10)에 삽입된다. 이 예에서 기계적 스위치로서, 즉 접촉기로서 설계되는 추가적인 스위칭 요소(62)가 접지 라인(10)에 삽입되어, 이것은 또한 차단될 수 있다. 추가적인 스위칭 요소(62)는 또한 제어 유닛(48)에 의해 작동되고, 또한 추가적인 스위칭 요소(62)의 상태가 조사될 수 있다.

동작 동안, 액추에이터(4)의 작동에 대한 요청이 제어기(16)로부터 제2 버스 시스템(36)을 통해 어셈블리(18)의 제어 디바이스(22)에 송신된다. 이러한 목적을 위해, 안전한 프로토콜이 사용되고, 요청은 예를 들어 안전 기능, 즉 STO("안전 토크 오프")의 실행에 기초하여 생성된다. 요청은 제어 모듈(30)에 의해 처리되고 먼저 검증된다. 그 후, 그것으로부터, 스위칭 요소들(54) 중 어느 것이 작동되어야 하는지가 도출된다. 추가 스위칭 요소(62)가 작동되어야 하는지가 또한 검증된다. 액추에이터(4)가 공급 네트워크(12)로부터 분리되어야 할 때, 커맨드는 먼저 반도체 스위치(58)를 그리고 그 후에 스트랜드(52)의 기계적 스위치들(56)을 작동시키기 위해 제2 버스 시스템을 통해 제어 유닛(48)에 송신된다. 이에 후속하여, 추가 스위칭 요소(62)가 작동되어야 한다. 대응하는 요청이 제어 유닛(48)에 의해 수신되고 후자에 의해 검증된다. 이에 후속하여, 반도체 스위치(58)는 먼저 그것에 대한 적합한 전압의 인가에 의해 전기 비전도 상태로 전환된다. 이것이 행해질 때, 기계적 스위치(56)는 제어 유닛(48)에 의해 개방되고, 이를 위해 적합한 전압이 인가된다. 이에 후속하여, 추가 스위칭 요소(62)가 작동되고, 따라서 접지 라인(10)이 또한 분리된다. 그 결과, 액추에이터(4)는 공급 네트워크(12)로부터 완전히 갈바니 격리된다. 시퀀스로 인해, 기계적 스위치들(56)에서 그리고 또한 추가 스위칭 요소(62)에서 전기 아크가 생성되지 않고, 이는 비교적 많은 수의 스위칭 동작들이 수행될 수 있는 이유이다.

프로세스 파라미터들이 액추에이터(4)가 활성화되는 것을 특정하는 경우, 대응하는 요청이 제어기(16)에 의해 제어 디바이스(22)에 송신된다. 거기서, 요청이 먼저 검증되고, 이에 후속하여, 제어 모듈(30)에 의해, 요청이 제어 유닛(48)에 송신되어 추가적인 스위칭 요소(62)를 먼저 폐쇄하고, 후속하여 기계적 스위치(56)를 폐쇄한다. 이에 후속하여, 반도체 스위치(58)는 전기 전도성 상태로 전환된다. 따라서, 또한 이 경우, 아크의 형성이 방지되고, 이에 후속하여, 액추에이터(4)는 공급 네트워크(12)와 전기적으로 접촉된다. 따라서, 스위칭 유닛(24)은 제어 디바이스(22)에 의해 동작된다.

또한, 스위칭 유닛(24)은 더 상세히 도시되지 않은 센서들을 가지며, 이들에 의해, 스트랜드(52)에 의해 전도되는 전류 및 그와 함께 전도되는 전위가 모니터링된다. 센서들은 제어 유닛(48)에 의해 판독되고, 예를 들어 스위칭 요소들(54) 또는 스위칭 요소들(54) 중 적어도 하나 내에 통합되거나, 개별 컴포넌트이다. 전류 및/또는 전위 및/또는 그의 각각의 변화가 소정의 한계 값보다 큰 경우, 스위칭 요소들(54) 중 적어도 하나, 특히 스위칭 요소들(54)의 전부는 제어 유닛(48)에 의해 작동되며, 따라서 이들은 전기 비전도 상태로 전환된다. 따라서, 스위칭 유닛(24)은 회로 차단기로서도 작용한다.

제어 모듈(30), 버스 시스템들(36, 44) 및 제어 디바이스 유닛이 중복 설계를 갖고, 복수의 스위칭 요소들(54)이 존재하기 때문에, 어셈블리(18)는 특정 안전성 레벨을 충족시키고, 어셈블리(18)의 개별 컴포넌트들은 서로 매칭된다. 어셈블리 동안, 비교적 적은 양의 케이블링만이 요구된다.

더 상세히 도시되지 않은, 도 1에 도시된 시스템(2)의 변형에서, 반도체 스위치(58) 및/또는 퓨즈(60)는 존재하지 않는다.

도 2는 스위칭 유닛(24)만이 수정되는 어셈블리(18)의 수정을 도시한다. 스위칭 유닛(24)은 스트랜드(52)와 구성이 동일한 추가의 스트랜드(64)를 갖는다. 따라서, 추가의 스트랜드(64)는 3개의 추가 스위칭 요소들(66)을 갖고, 그들 중 하나는 스위칭 요소들(54) 각각에 대응하고, 그들은 그에 따라 서로 전기적으로 접속된다. 2개가 기계적 스위치들이고, 하나는 MOSFFT 형태의 반도체 스위치인 추가의 스위칭 요소들(66)은 또한 제어 유닛(48)에 의해 작동되고, 제어 유닛(48)에 의해 동작 동안의 추가의 스위칭 요소들(66)의 상태가 또한 판독된다. 또한, 추가의 퓨즈(68)가 추가의 스트랜드(64) 내에 제공되고, 이는 추가의 스트랜드(64) 내에서 스트랜드(52) 내의 퓨즈(60)와 동일한 기능을 수행한다.

추가 스트랜드(64)는 추가 액추에이터(72)의 추가 공급 라인(70)에 삽입된다. 추가 액추에이터(72)는 스위칭 유닛(24)이 또한 삽입되는 추가 접지 라인(74)을 더 갖는다. 따라서, 스위칭 유닛(24)은 추가 스위칭 요소(62)에 대응하는 추가의 추가적인 스위칭 요소(76)를 갖는다. 추가 접지 라인(74)은 접지(14)에 대해 유도되고, 이 목적을 위해 접지 라인(10)과 적합하게 접촉된다. 이 경우, 추가의 추가적인 스위칭 요소(76)는 추가 액추에이터(72)와 접지 라인(10)과의 전기적 접속 사이에 배열된다.

동작 동안, 추가 스위칭 요소들(66) 및 추가의 추가적인 스위칭 요소(76)는 또한 제어기(16)의 부품에 특정된 요청들/커맨드들에 따라 제어 유닛(48)에 의해 작동된다. 추가 라인(64) 및 추가 접지 라인(74)에 의해 인가된 전류/각각의 전위는 또한 모니터링된다.

더 상세히 도시되지 않은, 도 2에 도시된 시스템(2)의 변형에서, 추가 퓨즈(68)는 존재하지 않는다. 또한, 예를 들어, 추가 스트랜드(64)는 반도체 스위치들을 갖지 않고, 스트랜드(52)는 반도체 스위치(58)를 갖는다. 추가 대안에서, 스트랜드(52)는 또한 반도체 스위치(58)를 갖지 않는다.

도 3은 어셈블리(18)가 도 1에 도시된 실시예에 기초하는 시스템(2)의 추가 변형을 도시한다. 따라서, 스위칭 유닛(24)과 전력 공급기(20)는 변경되지 않는다. 그러나, 도 2에 도시된 실시예에서와 같이, 추가 접지 라인(74)뿐만 아니라 추가 공급 라인(70)을 갖는 추가 액추에이터(72)가 존재한다. 또한, 스위칭 유닛(24)과 동일한 방식으로 구성되는 추가 스위칭 유닛(78)이 존재한다. 그러나, 추가 스위칭 유닛(78)은 추가 접지 라인(74)뿐만 아니라 추가 공급 라인(70)에 삽입된다. 스위칭 유닛(24)은 접지 라인(10)뿐만 아니라 공급 라인(8)에만 삽입된다. 따라서, 스위칭 유닛들(24, 78) 중 하나는 액추에이터들(4, 72) 각각에 할당된다.

추가 스위칭 유닛(78)은 또한 어셈블리(18)의 전원(26)에 전기적으로 접속되어 전력 공급기(20)에 의해 전기 에너지를 공급받는다. 제1 버스 시스템(44)은 또한 확장되어, 양 스위칭 유닛들(24, 78)은 이제 신호 기술의 관점에서 제어 디바이스(22)에 접속된다. 이 경우에, 2개의 스위칭 유닛들(24, 78)은 각각 슬레이브로서 구성된다.

액추에이터들(4, 72)의 동작을 변경하기 위한 요청/커맨드가 제어 디바이스(22)에 의해 생성되는 경우, 이것은 제어 디바이스(22)에 의해 수신되고 거기에서 검증된다. 이에 후속하여, 제어 모듈(30)은 스위칭 유닛들(24, 78) 중 어느 것이 작동되어야 하는지를 결정한다. 이에 따라, 도 1에 대해 이미 설명된 바와 같이, 대응하는 커맨드가 제1 버스 시스템(44) 내의 각각의 제어 유닛(48)에 공급된다. 따라서, 양 스위칭 유닛들(24, 78)은 제어 디바이스(22)에 의해 작동된다.

본 발명은 전술한 실시예들로 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 다른 변형들이 또한 본 발명의 목적을 벗어나지 않고 전문가에 의해 도출될 수 있다. 또한, 특히, 개별 실시예들과 관련하여 설명된 모든 개별 특징들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고 다른 방식으로 서로 조합될 수 있다.

참조 부호들의 리스트

2 시스템

4 액추에이터

8 공급 라인

10 접지 라인

12 공급 네트워크

14 접지

16 제어기

18 어셈블리

20 전력 공급기

22 제어 디바이스

24 스위칭 유닛

26 전원

28 전력 접속

30 제어 모듈

32 제2 접속

34 제2 버스 라인

36 제2 버스 시스템

38 서브섹션

40 제1 접속

42 제1 버스 라인

44 제1 버스 시스템

46 접속

48 제어 유닛

50 부품

52 스트랜드

54 스위칭 요소

56 기계적 스위치

58 반도체 스위치

60 퓨즈

62 추가 스위칭 요소

64 추가 스트랜드

66 추가 스위칭 요소

68 추가 퓨즈

70 추가 공급 라인

72 추가 액추에이터

74 추가 접지 라인

76 추가의 추가적인 스위칭 요소

78 추가 스위칭 유닛

Claims (12)

1. 제어기(16) 및 액추에이터(4)뿐만 아니라 기능 안전을 제공하기 위한 어셈블리(18)를 갖는 시스템(2)으로서,
   상기 어셈블리(18)는 스위칭 유닛(24)을 갖고, 상기 스위칭 유닛(24)은 상기 액추에이터(4)의 전기 공급 라인(8)에 삽입되고, 상기 어셈블리(18)의 제어 디바이스(22)에 의해 작동되며, 상기 제어 디바이스(22)는 신호 기술(signal technology)의 관점에서 상기 제어기(16)에 접속되는,
   시스템(2).
2. 제1항에 있어서,
   상기 스위칭 유닛(24)은, 직렬로 전기적으로 접속되고 상기 공급 라인(8)에 삽입되는 다수의 스위칭 요소들(54)을 갖는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
3. 제2항에 있어서,
   상기 스위칭 요소들(54) 중 2개는 각각 기계적 스위치(56)인 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 스위칭 요소들(54) 중 하나는 반도체 스위치(58)인 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스위칭 유닛(24)은 상기 스위칭 요소들(54)과 직렬로 전기적으로 접속되는 퓨즈(60)를 갖는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스위칭 유닛(24)은 제어 유닛(48)을 갖고, 상기 제어 유닛(48)에 의해 상기 스위칭 요소들(54)이 작동되는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스위칭 유닛(24)은 상기 액추에이터(4)의 접지 라인(10)에 삽입되는 추가적인 스위칭 요소(62)를 갖는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   추가 공급 라인(70)을 갖는 추가 액추에이터(72)를 포함하고, 상기 스위칭 유닛(24)은, 직렬로 전기적으로 접속되고 상기 추가 공급 라인(70)에 삽입되는 다수의 추가 스위칭 요소들(66)을 갖거나, 또는 상기 어셈블리(18)는, 상기 추가 공급 라인(70)에 삽입되고 상기 제어 디바이스(22)에 의해 작동되는 추가 스위칭 유닛(78)을 갖는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 디바이스(22) 및 상기 스위칭 유닛(24)는 신호 기술의 관점에서 제1 버스 시스템(44)에 의해 접속되고, 상기 제어 디바이스(22)는 상기 제1 버스 시스템(44)의 마스터로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
   시스템(2).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(22) 및 상기 제어기(16)는 신호 기술의 관점에서 제2 버스 시스템(36)에 의해 접속되고, 상기 제어 디바이스(22)는 상기 제2 버스 시스템(36)의 슬레이브로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    시스템(2).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른, 기능 안전을 제공하기 위한 어셈블리(18).
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 유닛(24).

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