KR20240018567A - 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 광학 모니터링 시스템 - Google Patents

광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 광학 모니터링 시스템 Download PDF

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KR20240018567A
KR20240018567A KR1020247000007A KR20247000007A KR20240018567A KR 20240018567 A KR20240018567 A KR 20240018567A KR 1020247000007 A KR1020247000007 A KR 1020247000007A KR 20247000007 A KR20247000007 A KR 20247000007A KR 20240018567 A KR20240018567 A KR 20240018567A
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optical display
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아론 페슬러
에이너 페슬러
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에이씨디 안트립슈테히니크 게엠베하
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Abstract

비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템으로서, 모니터링 시스템은 광학 디스플레이 엘리먼트를 갖는 동작 엘리먼트, 광학 센서 및 안전 전자 기기들을 포함한다. 안전 전자 기기들은 광학 디스플레이 엘리먼트 및 광학 센서에 연결된다. 안전 전자 기기들은, 안전 출력 및 안전 입력을 포함하며, 안전 출력을 통해 광학 디스플레이 엘리먼트에 연결되고 그리고 안전 입력을 통해 광학 센서에 연결된다. 이에 의해, 생명과 수족에 대한 치명적인 결과들을 방지하도록, 광학 디스플레이 엘리먼트가 신뢰성 있게 기능하거나 또는 결함이 없는 것이 보장될 수 있다. 광학 디스플레이 엘리먼트는 단일 디스플레이 엘리먼트 또는 복수의 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있다.

Description

광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 광학 모니터링 시스템
[0001] 본 출원은 2021년 6월 9일자로 출원된 독일 특허 출원 DE 10 2021 114 870호로부터 우선권을 주장한다. 이로써 독일 특허 출원 DE 10 2021 114 870호의 전체 개시내용이 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 본 발명은 제어 기술 또는 안전 기술의 분야에 관한 것이다.
[0003] 소위 "비상 정지 스위치(emergency stop switche)들"은 기계들 또는 시스템들 또는 차량들에 대한 손상에 대해 그리고 부상들로부터 사람들을 신뢰성 있게 보호하는 역할을 한다. 독일어 사용에서, 2 개의 기능들인 비상-셧-오프(emergency-shut-off)(= 스위칭 오프, 에너지 공급 중단, 연결된 기계 구동의 전력 공급 중단) 및 비상-정지(= 정지, 연결된 기계 구동의 전력 공급을 유지하면서 가동 기계 부품들을 셧 다운)는 종종 "Not-Aus"라는 용어에 포함된다. "Not-Aus"라는 용어는 "비상 스위칭 오프"라는 영어 용어에 해당하는 독일어로서 사용된다. 그러나, 영어 용어 "비상 정지"를 "Not-Aus"라는 표현으로 잘못 재현한 독일어 표준판들이 있었고 지금도 있다. 예를 들어, 현재까지 DIN EN 60947-5-5의 독일어 버전은 영어 용어 "비상 정지"에 대해 "Not-Aus"라는 용어를 잘못 사용하고 있으며, 즉, 실제로 "Not-Halt"를 설명한다.
[0004] 기계들의 오작동은 사람들에 대한 위험으로 이어질 수 있다. 직접적으로 임박하거나 진입하고 있는 위험들의 경우, 해당 기계가 언제든지 즉시 정지될 수 있도록, 유럽 의회 및 이사회의 기계 지침 2006/42/EC는 각각의 기계에 하나 이상의 비상 정지 스위치가 장착되어야 함을 요구한다. 추가로, 이러한 기계 지침은 이러한 컴포넌트들에 대한 설계 요건들을 부과한다. 요건들 중 하나는 비상 정지 스위치가 명확하게 인식할 수 있고 쉽게 볼 수 있으며 빠르게 접근할 수 있는 제어 부품들을 가져야 한다는 것이다. 예를 들어, LED들과 같은 추가 디스플레이 엘리먼트들을 갖는 능동 비상 정지 스위치들의 경우, 스위치의 기능이 시각적으로 표시된다. 비상 정지 스위치들이 연결 해제 가능하거나 무선 또는 이동식의 동작 스테이션들 상에 장착된 경우, 표준 DIN EN ISO 13850은, 무엇보다도, 능동, 즉, 조명된 비상 정지 스위치들과 비능동, 즉, 조명되지 않은 비상 정지 스위치들 사이의 혼동을 방지하기 위한 조치들이 취해질 것을 요구한다.
[0005] 독일 특허 출원 DE 19 919 012 A1호는 활성화되고 분리 가능한 비상 셧-오프 커맨드 디바이스들을 식별하기 위한 방법을 교시한다. 본 방법은, 비상 셧-오프 커맨드 디바이스에 추가 디바이스가 추가되며, 이는 비상 셧-오프 커맨드 디바이스가 시스템 및/또는 기계에 임의의 방식으로 적절하게 연결되고 전압에 연결되는 때에만 비상 셧-오프 커맨드 디바이스의 특정 컬러 및/또는 특정 컬러들을 활성화하는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 비상 셧-오프 커맨드 디바이스의 동작에 대한 준비를 나타내는 시각적 신호가 생성된다.
[0006] 국제 특허 출원 WO 2017 139 817 A1호는 전기적으로 제어되는 시스템들에 대한 제어 시스템을 개시한다. 제어 시스템은, 정보를 표시하고 조작자에 의해 제어 커맨드들을 입력하기 위한 적어도 하나의 휴대용 모바일 핸드-헬드(hand-held) 동작 디바이스를 포함한다. 핸드-헬드 동작 디바이스는 적어도 하나의 수동으로 작동 가능한 안전 스위칭 엘리먼트를 가지며, 여기서 조명 디바이스가 안전 스위칭 엘리먼트에 할당된다. 제어 시스템은 조명 장치의 시각적으로 지각 가능한 광도(luminous intensity)의 전기적으로 및/또는 전자적으로 제어되는 적응을 위해 설계된 조명 제어 디바이스를 포함한다.
[0007] 따라서, 디스플레이 엘리먼트들을 갖는 비상 정지 스위치들이 알려져 있다. 도 1은 비상 정지 스위치의 추가 예를 예시한다. 비상 정지 스위치는 동작 엘리먼트(5)를 통해 동작 포지션으로부터 비동작 포지션으로 동작될 수 있는 2 개의 스위치들 S1 및 S2를 포함한다. 2 개의 스위치들 S1 및 S2는 안전 전자 기기들에 연결된다. 일반적으로 LED인 광학 디스플레이 엘리먼트 LM이 동작 엘리먼트(5)에 제공되며, 여기서 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 2 개의 채널들로 구동되고 2-채널 전압 피드백으로 동적으로 제어되는 방식으로 모니터링된다. 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 단일 디스플레이 엘리먼트 또는 복수의 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 모니터링은 제1 프로브(probe) M1 및 제2 프로브 M2에 의해 실시된다. 제1 프로브 M1은 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 전류를 측정한다. 제2 프로브 M2는 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 전압을 측정한다. 따라서, 안전 전자 기기들 SE는 광학 디스플레이 엘리먼트 LM을 전류 또는 전압으로 구동하고 제1 또는 제2 프로브 M1, M2로 전류 또는 전압을 측정함으로써 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 기능을 모니터링한다. 구동과 측정 사이에 편차가 발생하면, 안전 전자 기기들 SE에 의해 비상 정지 스위치의 오작동으로 결론이 난다.
[0008] 그러나, 이러한 유형의 모니터링은 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 기능에 대한 신뢰성 있는 설명과 관련하여 위험들을 수반한다. 상이한 요인(factor)들로 인해, LED들과 같은 광학 디스플레이 엘리먼트에, 예를 들어, 결함이 생기고 그리고 피드백 또는 피드백 신호를 통해 전류 또는 전압이 식별되지만 LED가 광학 신호를 방출하지 않는 것으로 알려져 있다.
[0009] 이는 애플리케이션에 요구되는 안전의 정도에 높은 영향을 미친다. 이는 현재 위험에 대한 위험 평가로부터의 요건들이 안전 정도의 특정 요건으로 이어지기 때문이다. 표준에 따라, 예를 들어, "성능 레벨(performance level)" PL a-e 또는 "안전 무결성 레벨" SIL1-SIL3과 같은 안전 정도의 지정들이 알려져 있다. 안전 정도의 지정 및 관련 레벨에 기초하여, 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 기능에 대한 잘못된 설명은 안전 관련 어려움들로 이어질 수 있다. 모바일 비상 정지 시스템들 구현에 대한 높은 요건들은 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 기능에 대한 잘못된 설명으로 준수될 수 없다.
[0010] 특히 모바일 비상 정지 시스템들의 비상 정지 스위치들의 경우, 이러한 유형의 모니터링은 특히 위험하다. 이러한 모바일 비상 정지 시스템들은 오히려 드물며 특히 높은 안전 요건들을 충족해야 한다. 특히, 고정식 비상 정지 시스템들에 비해 높은 안전 요건들 외에도, 모바일 비상 정지 시스템들은 그에 대응되게 적용 가능하고 알려진 표준들에 따라 특히 높은 조치들과 가이드라인들을 충족해야 한다. 이 경우, 광학 디스플레이 엘리먼트의 신뢰성 있는 기능은 특히 중요한 안전 피처(feature)이다.
[0011] 본 출원은 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 개시하며, 모니터링 시스템은 광학 디스플레이 엘리먼트를 갖는 동작 엘리먼트 및 광학 센서를 포함한다. 안전 전자 기기들이 광학 디스플레이 엘리먼트 및 광학 센서에 연결된다. 이에 의해, 생명과 수족(limb)에 대한 치명적인 결과들을 방지하도록, 광학 디스플레이 엘리먼트가 신뢰성 있게 기능하거나 또는 결함이 없는 것이 보장될 수 있다. 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 단일 디스플레이 엘리먼트 또는 복수의 디스플레이 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
[0012] 일 양태에 따르면, 안전 전자 기기들은 안전 출력 및 안전 입력을 포함하고 안전 출력을 통해 광학 디스플레이 엘리먼트에 연결된다. 광학 센서는 안전 입력을 통해 연결된다. 이에 의해, 광학 디스플레이 엘리먼트 및 광학 센서는 안전 출력이 스위칭될 때 안전 입력이 어떤 경우에도 이러한 스위칭 프로세스를 검출하는 방식으로 안전 전자 기기들에 기계적 및 전기적으로 연결된다.
[0013] 따라서, 안전 출력은 출력에서의 결함에도 불구하고 여전히 안전하게 스위칭 오프될 수 있고 출력에서의 결함이 신뢰성 있게 검출된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 안전 전자 기기들의 채널들 중 하나가 결함을 갖고(낮은 임피던스로부터 높은 임피던스로) 더 이상 스위칭될 수 없는 것이 이러한 경우이다. 이러한 유형의 결함은 피드백 신호에 의해 명확하게 검출된다. 이에 불구하고, 채널들 중 다른 채널들에서 여전히 안전하게 스위칭 오프될 수 있다. 마찬가지로, 안전 입력은, 입력이 계속 판독될 수 있고 안전 입력에서의 결함이 신뢰성 있게 검출된다는 것을 의미한다. 결함은, 예를 들어, 적어도 하나의 채널을 통해 안전 전자 기기들에 피드백 신호가 없음을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이 경우 안전 전자 기기들의 안전 입력들 중 하나의 결함은 2 개의 채널들 사이의 편차있는(deviating) 피드백 신호들에 의해 검출되며, 여기서 안전 입력은 결함을 검출하기 위해 신호의 중단 및 측정과 비교(역동화(dynamization))에 의해 지속적으로 확인된다.
[0014] 일 양태에 따르면, 모니터링 시스템은 광학 디스플레이 엘리먼트의 광학 신호를 광학 센서로 안내하는 광 섬유 케이블을 추가로 포함한다. 그 결과, 광학 디스플레이 엘리먼트와 광학 센서 사이의 특정 거리가 극복될 수 있다.
[0015] 추가 양태에 따르면, 광학 센서는 포토레지스터, 포토다이오드 및 포토트랜지스터 중 적어도 하나를 포함한다. 따라서, 광학 센서는 개별 애플리케이션에 최적으로 적응될 수 있다.
[0016] 추가 양태에 따르면, 광학 디스플레이 엘리먼트는 복수의 디스플레이 엘리먼트들을 포함하고, 광학 센서는 복수의 광학 센서들을 포함한다. 따라서, 광학 디스플레이 엘리먼트들 및 광학 센서들의 개수는 제한되지 않는다. 광학 센서들 또는 광학 디스플레이 엘리먼트들의 개수는 모니터링되는 시스템(설비, 기계, 모터 등)의 안전 요건들 및 위험 가능성에 따른다. 위험 평가는 필요한 PL(performance level) 또는 SIL(safety integrity level)을 결정한다. 이들은 안전 전자 기기들의 구조, 컴포넌트 신뢰성, 결함 감지 등에 의해 정의된다.
[0017] 추가 양태에 따르면, 안전 출력은 적어도 하나의 제1 출력 접점 및 적어도 하나의 제2 출력 접점을 포함한다. 안전 입력은 적어도 하나의 제1 입력 접점 및 적어도 하나의 제2 입력 접점을 포함한다. 결과적으로, 복수의 컴포넌트들을 안전 전자 기기들에 연결할 수 있다.
[0018] 본 개시내용은 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법을 포함한다. 본 방법은 안전 전자 기기들을 통해 전류 또는 전압을 광학 디스플레이 엘리먼트에 공급함으로써 광학 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 안전 전자 기기들에 의해 광학 센서를 통해 광학 신호를 측정하는 단계를 추가로 포함한다. 이 경우, 광학 디스플레이 엘리먼트의 방출된 광학 신호가 측정된다. 본 방법은 일정 지속 기간 동안 광학 신호의 생성을 중단하고, 그리고 안전 전자 기기들에 의해 광학 센서를 통해 광학 신호의 중단을 측정하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 단계는 시스템의 안전을 향상시키기 위해 반복될 수 있거나 반복된다. 본 방법은 전류 또는 전압이 안전 전자 기기들에 의해 존재할 때 생성된 광학 신호를 측정된 광학 신호와 비교하는 단계를 추가로 포함한다. 비교에 기초하여, 광학 디스플레이 엘리먼트의 기능에 대한 결론 및 그에 따른 시스템에 대한 결론이 도출된다. 본 방법은, 전류가 존재할 때, 생성된 광학 신호와 측정된 광학 신호의 편차있는 비교의 경우 경고 신호를 출력하는 단계를 추가로 포함한다.
[0019] 본 방법은 광학 디스플레이 엘리먼트 LM이 조명되어야 하는 경우 또한 조명되거나 능동이 되는 것을 보장한다. 그 대신, 본 방법은 광학 디스플레이 엘리먼트 LM이 조명되지 않거나 능동이 아닌 경우 조명되지 않도록 보장한다. 생성된 광학 신호와 측정된 광학 신호를 비교하는 동안 편차들이 발생하면, 이는 시스템의 동작 상태에 대한 정보 소스로서의 광학 디스플레이 엘리먼트 LM이 더 이상 신뢰될 수 없게 한다. 따라서, 시스템의 비상 정지 기능도 더 이상 신뢰될 수 없으며, 이는 광범위하게 다양한 유형들의 효과들로 이어진다. 예를 들어, 해당 효과는 경고 신호의 출력에서 시스템의 완전한 셧 다운으로 이어질 수 있다. 비제한적인 예에서, 안전 전자 기기들 SE가 디스플레이 엘리먼트 LM의 오작동을 검출하면, 이러한 모바일 비상 정지 시스템이 더 이상 신뢰될 수 없으므로 실제 비상 정지 스위치의 비상 정지 기능이 트리거링된다.
[0020] 일 양태에 따르면, 안전 전자 기기들과 광학 디스플레이 엘리먼트 사이의 단일-채널 연결의 경우 광학 신호의 생성을 중단하는 것은 시간에 따라 연속적으로 반복될 수 있다. 결과적으로, 시스템의 안전이 향상될 수 있다.
[0021] 일 양태에 따르면, 안전 전자 기기들과 광학 디스플레이 엘리먼트 사이의 다중-채널 또는 n-채널 연결의 경우 광학 신호의 생성을 중단하는 것이 동시에 반복될 수 있다. 결과적으로 시스템의 안전이 더욱 더 향상될 수 있다.
[0022] 일 양태에 따르면, 광학 신호를 측정하는 동안, 광학 신호의 파라미터 또는 광학 신호의 존재 중 적어도 하나가 안전 전자 기기들에 의해 측정된다. 광학 신호의 파라미터는 광 스펙트럼(light spectrum), 광속(light flux), 조도(illuminance) 또는 특수 변조(special modulation) 중 적어도 하나를 포함한다. 결과적으로, 광학 신호의 상이한 구성들을 설정하고 이들을 광학 센서에 의해 검출할 수 있다.
[0023] 일 양태에 따르면, 경고 신호의 출력 또는 오작동의 검출은 무선 또는 유선 방식으로 수신 지점에서 실시된다. 결과적으로, 안전성을 향상시키기 위해 경고 신호는 특정 위치로 전송될 수 있다.
[0024] 본 발명의 더욱 완전한 이해 및 이와 관련된 많은 이점들은 첨부 도면들과 관련된 다음의 상세한 설명을 참조하여 고려될 때 쉽게 달성될 것이다.
[0025] 도 1은 본 발명의 배경에 따른 비상-정지 스위치의 개략도를 예시한다.
[0026] 도 2는 제1 양태에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템의 개략도를 예시한다.
[0027] 도 3a 내지 도 3d는 안전 전자 기기들의 제1 양태들을 예시한다.
[0028] 도 4a 및 도 4b는 안전 전자 기기들의 제2 양태들을 예시한다.
[0029] 도 5는 제2 양태에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템의 개략도를 예시한다.
[0030] 도 6은 광학 센서들의 예들을 도시한다.
[0031] 도 7은 도 2 및 도 5에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법에 대한 흐름도를 예시한다.
[0032] 이제 본 발명은 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 본원에 설명된 본 발명의 양태들은 물론 단지 예들일 뿐이며 청구항들의 보호 범위를 결코 제한하지 않는다. 본 발명은 청구항들과 그 등가물들에 의해 정의된다. 본 발명의 일 양태의 피처들은, 이들이 상호 배타적이지 않다면, 본 발명의 다른 양태 또는 다른 양태들의 피처와 조합될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
[0033] 도 2는 제1 양태에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템(100)의 개략도이다. 모니터링 시스템(100)은 동작 엘리먼트(5) 및 안전 전자 기기들 SE를 포함한다. 동작 엘리먼트(5)는 제1 스위치 S1, 제2 스위치 S2, 광학 디스플레이 엘리먼트 LM 및 광학 센서 OS를 포함한다. 동작 엘리먼트(5)는 회전, (시프팅), 푸싱 또는 풀링을 위한 스위치, 레버, 버튼 또는 푸시버튼 중 적어도 하나이다.
[0034] 제1 스위치 S1 및 제2 스위치 S2는 안전 전자 기기들 SE에 연결된다. 제1 스위치 S1 및 제2 스위치 S2는 동작 엘리먼트(5)의 구성에 따른다. 위에 언급한 유형들의 동작 엘리먼트(5) 중 제1 스위치 S1 및 제2 스위치 S2는 알려져 있으므로 본원에서 추가로 상세히 설명하지 않는다.
[0035] 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 예를 들어, 전류 및/또는 전압과 같은 전기 신호에 기초하여 광학 신호를 생성하거나 변환할 수 있다. 비제한적인 예에서, 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 LED(light-emitting diode) 또는 전구(bulb)이다. 이러한 경우, 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 적어도 하나의 단일 광학 디스플레이 엘리먼트를 포함한다. 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 또한 복수의 단일 디스플레이 엘리먼트들 LM을 포함할 수 있다. 광학 신호의 주파수 스펙트럼은 가시 광으로부터 근적외선 및 중적외선까지 확장되며 안전 전자 기기들 SE에 의해 변조될 수 있다.
[0036] 광학 디스플레이 엘리먼트 LM은 단일-채널 또는 다중-채널 방식으로 안전 전자 기기들 SE의 단일 채널 또는 다중-채널 안전 출력들에 연결된다. 안전 전자 기기들 SE는 전기 신호로 광학 디스플레이 엘리먼트 LM을 제어하고 전기 신호에 영향을 미치거나 이를 변조할 수 있다. 전기 신호에 영향을 미침으로써, 광학 신호의 하나 이상의 파라미터들이 설정될 수 있다. 광학 신호의 조정 가능한 파라미터들은 광 스펙트럼, 광속, 조도 또는 특수 변조 중 적어도 하나이다. 결과적으로, 비상 정지 스위치의 안전이 향상되고, 비상 정지 스위치의 애플리케이션이 개별적으로 적응될 수 있다.
[0037] 이제 안전 전자 기기들 SE의 예시적인 구조가 도 3a 내지 도 4b를 참조하여 설명될 것이다.
[0038] 도 3a 내지 도 3d는 설비 또는 기계를 스위칭 오프시키는 것과 관련하여 안전 전자 기기들 SE가 안전 출력 A에서 2-채널 또는 다중-채널 방식으로 구성될 수 있는 방식에 대해 본 발명을 제한하지 않는 선택된 예들 및 가능성들을 예시한다. 안전 전자 기기들 SE가 복수의 안전 입력들 E와 복수의 안전 출력들 A를 포함하는 경우, 이러한 입력들 E와 출력들 A는 채널 K로 지정될 수 있다. 그러면 이는 다중-채널 또는 n-채널 구현이라고 지칭된다. 복수의, 예를 들어, n-1 채널들의 스위칭 오프 고장의 경우에도, 설비는 나머지 채널을 통해 여전히 신뢰성 있게 스위칭 오프될 수 있다. 예를 들어, 5 개 채널들 중 4 개 채널에 고장이 발생하는 경우에도, 설비는 여전히 신뢰성 있게 스위칭 오프될 수 있다. 따라서, 다중-채널 구현의 경우 안전성이 더 높을수록, 더 많은 채널들이 적응된다. 안전 전자 기기들 SE가 단 하나의 안전 입력 E와 하나의 안전 출력 A를 포함하여 채널을 형성하는 경우, 이는 디스플레이 엘리먼트 LM 및/또는 광학 센서 OS로 구성된 외부 단일-채널 구현으로 지칭된다. 그럼에도 불구하고 임의의 원하는 다중-채널 구현이 내부적으로 존재할 수 있다.
[0039] 채널들 K의 각각에서 또는 그 이후에, 피드백 신호 BACK이 태핑 오프(tapping off)되고 안전 또는 안전의 정도와 관련하여 채널들 K의 스위칭을 모니터링하기 위해 안전 전자 기기들 SE로 피드백된다. 일 양태에서, 피드백 신호 BACK은 안전 출력 A의 기본 구현을 예시한다. 추가 양태에서, 피드백 신호 BACK은 안전 출력 A의 기본 구현을 위해 필요하다. 피드백 신호 BACK을 통해, 결함들이 안전 전자 기기들 SE에 의해 신뢰성 있게 검출될 수 있으며, 이에 따라 안전 출력 A를 형성할 수 있다.
[0040] 도 3a에 예시된 바와 같이, 안전 전자 기기들 SE는 제1 채널 K1과 제2 채널 K2를 갖는 2 개의 채널들로 구현된다. 제1 안전 출력 A는 제1 채널 K1 및 제2 채널 K2를 포함한다. 디스플레이 엘리먼트 LM은 채널들 K1과 K2 모두를 통해 출력 접점 A1+에 연결되는 반면, 제2 출력 접점 A1-에서 안전 전자 기기들 SE에 연결된다.
[0041] 도 3b는 도 3a의 조립체의 제2 양태를 예시하지만, 제2 채널 K2가 안전 출력 A의 두 번째 출력 접점 A1-에 배열된다는 차이점을 갖는다.
[0042] 도 3c는 제1 디스플레이 엘리먼트 LM1 및 제2 디스플레이 엘리먼트 LM2가 모니터링을 위해 안전 전자 기기들 SE에 연결될 때의 추가 양태를 예시한다. 이러한 경우, 예시된 구성은 도 3a의 구성에 대응하지만 2-채널 형태이다. 제1 디스플레이 엘리먼트 LM1은 채널들 K1과 K2 모두를 통해 출력 접점 A1+에 개별적으로 연결되는 반면, 제2 출력 접점 A1-에서 안전 전자 기기들 SE에 연결된다. 제2 디스플레이 엘리먼트 LM2는 채널들 K1 및 K2 모두를 통해 출력 접점 A2+에 개별적으로 연결되는 반면, 제2 출력 접점 A2-에서 안전 전자 기기들 SE에 연결된다. 이러한 예는 복수의 디스플레이 엘리먼트 LM이 안전 전자 기기들 SE의 안전 출력에서 개별적으로 연결되고 모니터링될 수 있는 방식을 보여준다.
[0043] 도 3d는 도 3b의 조립체의 제2 양태를 예시하지만, 제1 디스플레이 엘리먼트 LM1과 제2 디스플레이 엘리먼트 LM2가 직렬로 연결되고 제1 및 제2 출력 접점들 A1+, A1-을 통해 안전 전자 기기들에 연결된다는 차이점을 갖는다. 이러한 경우, 제1 채널 K1은 제1 출력 접점 A1+에 제공되고, 제2 채널 K2는 제2 출력 접점 A1-에 제공된다.
[0044] 도 4a 및 도 4b는 안전 전자 기기들 SE가 안전 입력 E에서 단일-채널 또는 n-채널 방식으로 구성될 수 있는 방식에 대해 본 발명을 제한하지 않는 선택된 예들과 가능성들을 예시한다. 입력 E는 스위치 및 피드백을 통해 모니터링될 수 있다. n-1 채널들의 고장의 경우, 유효한 입력 신호가 여전히 검출된다. 예를 들어, 3 개 채널들 중 2 개 채널의 고장의 경우, 안전 전자 기기들 SE는 피드백 신호 BACK을 통해 입력 신호를 여전히 신뢰성 있게 검출할 수 있다.
[0045] 도 4a는 광학 센서 OS의 채널 K1과 채널 K2를 포함하는 단일-채널 연결을 갖는 안전 전자 기기들 SE를 예시한다. 광학 센서 OS는 각각 제1 채널 K1 및 제2 채널 K2를 갖는 입력 접점들 E1+ 및 E1-를 갖는 제1 안전 입력 E1을 통해 안전 전자 기기들 SE에 연결된다.
[0046] 도 4b는 복수의 광학 센서들 OS가 안전 전자 기기들 SE의 안전 입력 E에 연결될 수 있는 방식의 추가 양태를 예시한다. 이러한 경우, 제1 광학 센서 OS1은 제1 채널 K1을 통해 안전 전자 기기들 SE에 연결된다. 제2 광학 센서 OS2는 제1 채널 K1과는 별도로 제2 채널 K2를 통해 안전 전자 기기들 SE에 연결된다. 이는 내부 및 외부 2-채널 구현이 존재하는 완전한 2-채널 시스템을 초래한다.
[0047] 디스플레이 엘리먼트 LM이 안전 출력(들) A에 연결될 수 있고 광학 센서들 OS가 안전 입력(들) E에 연결될 수 있고 그에 따라 안전 전자 기기들 SE가 조합이 편리하고 바람직하거나 상호 배타적이지 않은 방식으로 서로 조합될 수 있는 방식의 예들 및 가능성들이 도 3a 내지 도 4b에 예시되어 있다.
[0048] 도 5는 제2 양태에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템(100)의 개략도를 도시한다. 이러한 경우, 제2 양태에 따른 모니터링 시스템(100)은 광학 센서 OS가 동작 엘리먼트(5)에 수용되지 않는다는 점에서 제1 양태에 따른 모니터링 시스템(100)과 상이하다. 제2 양태에 따른 모니터링 시스템(100)의 광학 센서 OS는 안전 전자 기기들 SE에서 제공된다. 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 광학 신호는 광학 디스플레이 엘리먼트 LM으로부터 광 섬유 케이블 LWL을 통해 광학 센서 OS에 공급된다. 나머지 컴포넌트들의 구조는 제1 양태에 따른 모니터링 시스템(100)의 구조에 대응한다. 이러한 이유로, 동일한 컴포넌트들에는 동일한 참조 부호들이 제공되며 이 점에 대해 반복되지 않는다.
[0049] 도 6은 제1 및 제2 양태들에 따른 모니터링 시스템(100)의 광학 센서 OS의 상이한 예들을 도시한다. 광학 센서 OS는 포토레지스터 OSa, 포토다이오드 OSb, 포토트랜지스터 OSc 중 적어도 하나를 포함한다.
[0050] 포토레지스터 OSa에 더 많은 광이 떨어질수록, 그 전기 저항은 작아진다. 이러한 기능의 원인은 비정질 반도체로 구성된 층의 내부 광전 효과이다. 다른 광 센서(light sensor)들과 비교하여, 포토레지스터들은 매우 느리게 반응한다.
[0051] 포토다이오드 OSb는 광학 신호와 함께 전송되는 정보를 수신하기 위해 내부 광전효과에 의해 p-n 접합이나 핀(pin) 접합에서 가시 광, 적외선, 자외선 범위의 광을 전류나 전압으로 변환하는 반도체 다이오드이다.
[0052] 포토트랜지스터 OSc는 증폭기 트랜지스터가 연결된 감광성 포토다이오드를 포함한다. 감광성 포토다이오드는 트랜지스터의 컬렉터-베이스 단자들과 평행한 회로와 관련하여 놓여 있다. 입사광은 내부 광전 효과를 통해 낮은 전류가 흐르도록 한다. 이러한 전류는 콜렉터 전류에 대한 전류 증폭 계수에 의해 트랜지스터에서 증폭된다.
[0053] 이러한 위치에서, 알려진 광전 효과에 관한 문헌을 참조한다.
[0054] 도 7은 제1 및 제2 양태들에 따른 비상-정지 스위치에 대한 모니터링 시스템(100)을 위한 방법에 대한 흐름도를 예시한다. 단계 S1에서, 광학 신호가 전기 신호에 의해 광학 디스플레이 엘리먼트 LM을 구동함으로써 안전 전자 기기들 SE에 의해 생성된다. 동시에, 채널들 K의 각각에서 또는 그 이후에, 전기 신호는 피드백 신호 BACK으로서 태핑 오프되고 안전 또는 안전의 정도와 관련하여 채널들 K의 스위칭을 모니터링하기 위해 안전 전자 기기들 SE로 피드백된다. 단계 S2에서, 광학 신호는 광학 센서 OS로 측정된다. 단계 S2에서, 광학 신호의 파라미터 또는 광학 신호의 존재 중 적어도 하나가 측정된다. 이러한 경우, 광 스펙트럼, 광속, 조도 또는 광학 신호의 특수 변조 중 적어도 하나가 측정된다. 단계 S3에서, 전기 신호에 의한 광학 디스플레이 엘리먼트 LM의 구동은 안전 전자 기기들 SE를 통해 지속 기간 tD 동안 중단된다. 안전 전자 기기들 SE와 광학 디스플레이 엘리먼트 LM 사이의 단일-채널 연결의 경우, 중단은 시간에 따라 연속적으로 반복될 수 있다. 안전 전자 기기들 SE와 광학 디스플레이 엘리먼트 LM(도 3a, 도 3b 참조) 사이의 다중-채널 연결의 경우, 중단은 동시에 반복되거나 시간적으로 오프셋될 수 있다. 시간에 따른 중단들 오프셋에 의해, 서로들 간에 안전 출력들 A, 안전 입력들 E 사이, 그리고 안전 출력들 A와 안전 입력들 E 사이의 교차-연결들이 검출될 수 있다. 이러한 중단/이러한 중단들은 적어도 하나의 광학 센서 OS로 측정된다. 단계 S4에서, 생성된 전기 신호는 안전 전자 기기들 SE에 의해 측정된 광학 신호와 비교된다. 전기 신호의 중단 및 측정과 비교는 "역동화(dynamization)"로 지정된다. 역동화에 의해, 안전 입력(들) E와 안전 출력(들) A는 기능에 대해 그에 따라 지속적으로 모니터링될 수 있다. 따라서 발생할 수 있는 모든 결함들은 늦어도 역동화의 다음 시간 간격에서 검출될 수 있다. 역동화의 정도, 즉, 시간 간격이 얼마나 자주, 언제 반복되는지는 시스템들의 안전 요건에 비례한다. 안전 요건은 개개의 위험 가능성들이나 위험 상황들에 따른다. 따라서, 예를 들어, 원자력 발전소들의 안전 전자 기기들과 그 기능들은 사실상 연속적으로 동적으로 제어되는 방식으로 모니터링된다. 따라서, 역동화는 또한, 기능 테스트의 유형으로 간주될 수 있다. 시스템이 별도의 격리된 구현에서 중복 시스템으로서 구성되어, 예를 들어, 기계적으로 교차-연결들 또는 접지 연결들이 발생하지 않는 것이 기술적으로 보장되는 경우, 역동화가 또한 완전히 생략될 수 있다.
[0055] 단계 S5에서, 생성된 광학 신호가, 전기 신호에 따라, 측정된 광학 신호와 편차가 있는 경우, 경고 신호가 출력된다. 경고 신호를 출력하는 것은 수신 지점에 대해 무선 또는 유선 방식으로 실시된다. 경고 신호는 아날로그 또는 디지털 신호일 수 있다. 수신 지점은 경고 신호로부터 제어 커맨드 및/또는 음향 또는 광학 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어 커맨드는 기계의 셧 다운이다.
100: 모니터링 시스템
5: 동작 엘리먼트
LMx: 디스플레이 엘리먼트
OSx: 광학 센서
SE: 안전 전자 기기들
A: 안전 출력
Ax+, Ax-: 출력 접점
E: 안전 입력
Ex+, Ex-: 입력 접점
LWL: 광 섬유 케이블
Sx: 스위치
Mx: 프로브
OSa: 포토레지스터
OSb: 포토다이오드
OSc: 포토트랜지스터
tD: 지속 기간
PL: 성능 레벨
SIL: 안전 무결성 레벨

Claims (15)

  1. 비상 정지 스위치(emergency stop switch)의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템으로서,
    상기 광학 디스플레이 엘리먼트를 포함하는 동작 엘리먼트,
    광학 센서, 및
    상기 광학 디스플레이 엘리먼트 및 상기 광학 센서에 연결된 안전 전자 기기들
    을 포함하고, 상기 안전 전자 기기들은 안전 출력 및 안전 입력을 포함하고, 상기 안전 전자 기기들은 상기 안전 출력을 통해 상기 광학 디스플레이 엘리먼트에 연결되고, 그리고 상기 안전 전자 기기들은 상기 안전 입력을 통해 상기 광학 센서에 연결되는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  2. 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템으로서,
    상기 광학 디스플레이 엘리먼트를 포함하는 동작 엘리먼트,
    적어도 하나의 광 섬유 케이블, 및
    광학 센서를 포함하는 안전 전자 기기들
    을 포함하고, 상기 안전 전자 기기들은 안전 출력 및 안전 입력을 포함하고, 상기 안전 전자 기기들은 상기 안전 출력을 통해 상기 광학 디스플레이 엘리먼트에 연결되고, 상기 안전 전자 기기들은 상기 안전 입력을 통해 상기 광학 센서에 연결되고, 그리고 상기 적어도 하나의 광 섬유 케이블은 상기 광학 디스플레이 엘리먼트의 광학 신호를 상기 광학 센서로 안내하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 안전 전자 기기들은 제1 채널 및 제2 채널을 통해 상기 광학 디스플레이 엘리먼트에 연결되는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 안전 전자 기기들은 제1 채널 및 제2 채널을 통해 상기 광학 센서에 연결되는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 안전 전자 기기들로부터의 전류 또는 전압은 피드백 신호로서 제1 채널 및 제2 채널 중 적어도 하나를 통해 상기 안전 전자 기기들에 피드백되는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 광학 센서는 포토레지스터, 포토다이오드 및 포토트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 광학 디스플레이 엘리먼트는 적어도 하나의 디스플레이 엘리먼트를 포함하고 그리고/또는 상기 광학 센서는 적어도 하나의 광학 센서를 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  8. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 안전 출력은 적어도 하나의 제1 출력 접점 및 적어도 하나의 제2 출력 접점을 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  9. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 안전 입력은 적어도 하나의 제1 입력 접점 및 적어도 하나의 제2 입력 접점을 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템.
  10. 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법으로서,
    안전 전자 기기들을 통해 전류 또는 전압을 광학 디스플레이 엘리먼트에 공급함으로써 광학 신호를 생성하는 단계;
    상기 안전 전자 기기들에 의해 광학 센서를 통해 상기 광학 신호를 측정하는 단계;
    일정 지속 기간 동안 상기 광학 신호의 생성을 중단하고, 그리고 상기 안전 전자 기기들에 의해 상기 광학 센서를 통해 상기 광학 신호의 중단을 측정하는 단계;
    상기 전류 또는 상기 전압이 상기 안전 전자 기기들에 의해 존재할 때 상기 생성된 광학 신호를 상기 측정된 광학 신호와 비교하는 단계; 및
    상기 전류가 존재할 때, 상기 생성된 광학 신호와 상기 측정된 광학 신호의 편차있는 비교의 경우 경고 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 광학 신호의 중단과 측정 및 이의 비교를 반복함으로써 상기 안전 전자 기기들의 안전 입력 및 안전 출력 중 적어도 하나를 지속적으로 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 안전 전자 기기들과 상기 광학 디스플레이 엘리먼트 사이의 단일-채널 연결의 경우 상기 광학 신호의 생성을 중단하는 것은 시간에 따라 연속적으로 반복될 수 있는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
  13. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 안전 전자 기기들과 상기 광학 디스플레이 엘리먼트 사이의 다중-채널 연결의 경우 상기 광학 신호의 생성을 중단하는 것은 동시에 반복될 수 있는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 광학 신호를 측정하는 동안, 상기 광학 신호의 파라미터 또는 상기 광학 신호의 존재 중 적어도 하나가 상기 안전 전자 기기들에 의해 측정되고,
    상기 광학 신호의 파라미터는 광 스펙트럼(light spectrum), 광속(light flux), 조도(illuminance) 또는 특수 변조(special modulation) 중 적어도 하나를 포함하는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 경고 신호를 수신 지점으로 출력하는 것은 무선 또는 유선으로 실시되는, 비상 정지 스위치의 광학 디스플레이 엘리먼트에 대한 모니터링 시스템을 위한 방법.
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