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    • 专利摘要:
    EinMeldegerätfür eineSicherheitsschaltung besitzt einen Eingangsteil (52) für einenBetätiger(16), zumindest ein Schaltelement (34, 36) und einen Steuerteil(30, 32). Der Steuerteil (30, 32) ist dazu ausgebildet, einen aktuellenZustand des Betätigers(16) zu bestimmen und in Abhängigkeitdavon das zumindest eine Schaltelement (34, 36) so anzusteuern,dass ein am Eingang (38) liegendes Signal zum Ausgang (42) durchgeschaltetist. Gemäß einemAspekt der Erfindung ist der Eingang (38) des Schaltelements (34,36) intern mit einem festen Potential belegt, vorzugsweise einemfesten High-Potential. In einer Sicherheitsschaltung zum Abschalteneiner gefahrbringenden Anlage sind derartige Meldegeräte in Reihezueinander an eine Sicherheitssteuerung angeschlossen. Dabei steuertder Steuerteil des zweiten Meldegerätes die ihm zugeordneten Schaltelementeauch in Abhängigkeitvon dem ersten Meldegerät.
    公开号:DE102004020995A1
    申请号:DE200410020995
    申请日:2004-04-19
    公开日:2005-11-10
    发明作者:Jürgen FLEINER；Günter HORNUNG；Jürgen PULLMANN；Christoph Zinser
    申请人:Pilz GmbH and Co KG；
    IPC主号:G05B9-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Meldegerät für eine Sicherheitsschaltung,mit einem Eingangsteil füreinen Betätiger,der zwischen einem ersten und zumindest einem zweiten Zustand wechselbarist, mit zumindest einem Schaltelement mit einem Eingang und einemAusgang, und mit einem Steuerteil, der dazu ausgebildet ist, einenaktuellen Zustand des Betätigerszu bestimmen und in Abhängigkeitdavon das zumindest eine Schalt element so anzusteuern, dass einam Eingang anliegendes Signal zum Ausgang durchgeschaltet ist, alsoam Ausgang erscheint.
    [0002] DieErfindung betrifft ferner eine Sicherheitsschaltung zum sicherenAbschalten einer gefahrbringenden Anlage, mit einer Sicherheitssteuerung,die dazu ausgebildet ist, die Anlage fehlersicher abzuschalten,und mit einem ersten und zumindest einem zweiten Meldegerät der zuvorgenannten Art, die in Reihe zueinander an die Sicherheitssteuerungangeschlossen sind.
    [0003] Einsolches Meldegerätund eine solche Sicherheitsschaltung sind aus EP 1 363 306 A2 bekannt.
    [0004] DieBetriebsabläufevon modernen technischen Anlagen, wie etwa industriellen Produktionsanlagenund Fertigungsstraßen,Transport- und Förderanlagen,Fahrgeschäftenund dergleichen, werden bereits zunehmend vollautomatisch gesteuert. DieBetriebssteuerung erhältSoll- und Prozessgrößen derAnlage und bildet daraus mit Hilfe eines vorgegebenen SteuerprogrammsSteuersignale, die Aktoren der Anlage betätigen. Neben der Steuerung desvorgesehenen Betriebsablaufs gewinnen Sicherheitsaspekte, d.h. dieVermeidung von Gefahren für Personen,die sich im Bereich der Anlage aufhalten, zunehmende Beachtung.Beispielsweise werden Anlagen, die automatisierte Bewegungen durchführen, heutzutagein aller Regel durch Schutzzäune,Lichtschranken, Trittmatten und dergleichen abgeschirmt. Des weiterenist es bekannt, technische Anlagen mit Not-Aus-Tastern auszurüsten, beideren Betätigung dieAnlage (oder zumindest ein Teil davon) abgeschaltet oder anderweitigin einen gefahrlosen Zustand gebracht werden soll. Derartige Meldegeräte, diealso rein fürdie Absicherung der Anlage relevante Eingangssignale bereitstellen,werden in aller Regel nicht mit der "normalen" Betriebssteuerung der Anlage ausgewertet,sondern einer sogenannten Sicherheitssteuerung oder in einfacherenFälleneinem sogenannten Sicherheitsschaltgerät zugeführt. Der Einfachheit halberwird im folgenden nicht weiter zwischen komplexer Sicherheitssteuerungund einfacherem Sicherheitsschaltgerät unterschieden, d.h. der Begriff "Sicherheitssteuerung" umfasst sowohl einfachereSicherheitsschaltgeräte,wie sie beispielsweise von der vorliegenden Anmelderin unter derBezeichnung PNOZ® angeboten werden, alsauch komplexe Sicherheitssteuerungen, wie etwa die SPS-basiertePSS® derAnmelderin.
    [0005] Sicherheitssteuerungenunterscheiden sich allerdings von "normalen" Betriebssteuerungen dadurch, dass siedurch Maßnahmenwie redundante Signalverarbeitungskanäle, regelmäßige Selbsttests und dergleicheneigenfehlersicher aufgebaut sind. Einfache Betriebssteuerungen besitzenzwar in gewissem Rahmen auch Fehlererkennungs- und Fehlervermeidungsmaßnahmen,diese sind jedoch in aller Regel nicht ausreichend, um das sichereAbschalten der Anlage unter allen Umständen zu gewährleisten. Zur Abgrenzung von "einfachen" Steuerungen und „einfachen" Meldegeräten betrifftdie vorliegende Erfindung Meldegeräte, Sicherheitssteuerungenund daraus aufgebaute Sicherheitsschaltungen, die zumindest dieKategorie 3 der EuropäischenNorm EN 954-1, bevorzugt die höchsteKategorie 4, oder vergleichbare Sicherheitsanforderungen erfüllen.
    [0006] Dieeingangs genannte EP1 363 306 A2 beschreibt einen sogenannten Sicherheitsschalter,d.h. ein Meldegerät,zur Positionsüberwachungvon Schutzgittern, Schutztüren,Maschinenverkleidungsteilen und ähnlichenSchutzeinrichtungen. Derartige Sicherheitsschalter besitzen einenBetätiger,mit dessen Hilfe die Öffnungs-oder Schließpositionder Schutztürfehlersicher bestimmt werden kann. Bis heute sind derartige Sicherheitsschalterhäufigelektromechanisch aufgebaut und die erforderlichen Funktionstestsund Fehlerüberwachungen,wie etwa Querschlusserkennung, werden von oder zumindest mit Hilfeder übergeordnetenSicherheitssteuerung durchgeführt.Entsprechende Sicherheitsschalter erhalten daher üblicherweisenur in Kombination mit der Sicherheitssteuerung eine Zulassung gemäß EN 954-1oder vergleichbaren Normen.
    [0007] Umfür denSicherheitsschalter selbst eine höhere Sicherheitskategorie zuermöglichen,schlägt die EP 1 363 306 A2 vor,eine Sicherheitslogik in den Sicherheitsschalter zu integrieren,wie dies von Lichtschranken, Lichtgittern und anderen intelligenten Meldegeräten schonbekannt ist. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen besitzen dievorgeschlagenen Sicherheitsschalter zwei zueinander redundante elektronischeSchaltelemente, die von einem fehlersicheren Steuerteil angesteuertwerden. Über dieSchaltelemente wird ein externes Freigabesignal geschleift, dasletztlich der übergeordnetenSicherheitssteuerung zugeführtist. Das Freigabesignal kann damit von dem Steuerteil unterdrückt werden, wasder Sicherheitssteuerung signalisiert, dass die überwachte Anlage in einen sicherenZustand gebracht werden soll. Das Freigabesignal kann auch durchmehrere, in Reihe hintereinander geschaltete Sicherheitsschaltergeschleift werden, so dass jeder dieser Sicherheitsschalter dasFreigabesignal unterdrückenkann.
    [0008] Einesolche Reihenschaltung von Meldegeräten wurde auch in der Praxisbereits mit elektromechanischen Meldegeräten vielfach praktiziert, wobei dasFreigabesignal in diesen Fällenvon der Sicherheitssteuerung erzeugt und über die in Reihe geschaltetenRelaiskontakte der einzelnen Meldegeräte zurückgeschleift wurde.
    [0009] Derin EP 1 363 306 A2 beschriebeneAufbau der Sicherheitsschalter ermöglicht eine schnelle Reaktionder übergeordnetenSicherheitssteuerung, selbst wenn eine größere Anzahl an Meldegeräten in Reihezueinander an die Sicherheitssteuerung angeschlossen sind. Andererseitsbegrenzt das Durchschleifen des Freigabesignals die maximale räumlicheVerteilung der in Reihe geschalteten Meldegeräte. Darüber hinaus ist aus Sicht der übergeordneten Sicherheitssteuerungdie gesamte Reihe "tot", wenn eines derMeldegerätedas Freigabesignal unterdrückt,sei es aufgrund einer Veränderungdes Betätigers(Öffnender Schutztüroder ähnliches)oder aufgrund eines intern detektierten Funktionsfehlers. Die Flexibilität und Leistungsfähigkeitder beschriebenen Sicherheitsschalter geht damit nicht über dashinaus, was bereits seit langem mit vergleichbaren Meldegeräten möglich ist.
    [0010] Vordiesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,ein Meldegerätder eingangs genannten Art anzugeben, das eine flexiblere Verwendung,insbesondere in einer Reihenanordnung ermöglicht.
    [0011] Esist ferner eine Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsschaltungmit einer Reihenanordnung derartiger Meldegeräte anzugeben, die eine flexiblereReaktion auf ein Meldeereignis ermöglicht.
    [0012] Gemäß einemAspekt der Erfindung werden diese Aufgaben durch ein Meldegerät der eingangs genanntenArt gelöst,bei dem der Eingang des Schaltelements intern mit einem festen Potentialbelegt ist, vorzugsweise einem festen High-Potential.
    [0013] DieAufgabe wird ferner durch eine entsprechende Sicherheitsschaltunggelöst,bei der der Eingang des zumindest einen Schaltelements in jedem Meldegerät internmit einem festen Potential belegt ist, bei dem ferner der Ausgangdes zumindest einen Schaltelements in dem ersten Meldegerät dem Steuerteildes zweiten Meldegerätszugeführtist, und bei dem der Steuerteil des zweiten Meldegeräts das zumindesteine Schaltelement des zweiten Meldegeräts auch in Abhängigkeitvon dem ersten Meldegerät ansteuert.
    [0014] Schaltungstechnischbetrachtet unterscheidet sich das neue Meldegerät also von dem aus EP 1 363 306 A2 bekanntenSicherheitsschalter dadurch, dass ein Freigabesignal nicht mehrdurch das zumindest eine Schaltelement hindurchgeschleift wird.Vielmehr wird das Freigabesignal nun in jedem Meldegerät neu erzeugt.Dabei berücksichtigtder Steuerteil eines stromabwärtsliegenden, zweiten Meldegeräteseiner Reihenschaltung allerdings das Ausgangssignal des vor ihmstromaufwärtsliegenden Meldegerätes.Es ist damit leicht möglich,das Durchschleifen eines Freigabesignals durch mehrere Meldegeräte so nachzubilden,dass aus Sicht der übergeordnetenSicherheitssteuerung kein Unterschied erkennbar ist. Andererseitssind die einzelnen Meldegerätein einer Reihenanordnung jedoch nicht "tot",wenn ein stromaufwärtsliegendes Meldegerät dasFreigabesignal unterdrückthat. Aufgrund der Erfindung ist es insbesondere möglich, dassein stromabwärtsliegendes Meldegerätanderen nach folgenden Meldegerätenund/oder der übergeordnetenSicherheitssteuerung durch ein Datentelegramm oder dergleichen eineNachricht zukommen lässt,die eine flexible Reaktion der gesamten Sicherheitsschaltung ermöglicht.Dabei kann das Datentelegramm, wie nachfolgend anhand eines bevorzugtenAusführungsbeispielsgezeigt ist, überdie vorhandenen Anschlüsse übertragenwerden, d.h. der Verdrahtungsaufwand ist trotz gestiegener Flexibilität gering.
    [0015] Unabhängig davon übernimmtjedes Meldegerätaufgrund der neuen Verschaltung eine Repeater-Funktion, und es können dahererheblich größere Abstände zwischenden in Reihe zueinander angeordneten Meldegeräten realisiert werden. Auchdies ermöglichteine flexiblere Anlagenplanung. Auch eine Gruppenabschaltung lässt sichaufgrund der neuen Funktionalitätder Meldegeräteeinfach realisieren, da jedes Meldegerät der Reihenanordnung unabhängig vonden stromaufwärtsliegenden Meldegerätenan seinem Ausgang ein Meldesignal erzeugen kann.
    [0016] Diegenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
    [0017] Ineiner Ausgestaltung besitzt das neue Meldegerät zumindest einen Eingang,bevorzugt einen redundanten Sicherheitseingang, für ein externes Freigabesignal,das dem Steuerteil zugeführtist, wobei der Steuerteil das zumindest eine Schaltelement auchin Abhängigkeitvon dem Freigabesignal ansteuert. In der bevorzugten Sicherheitsschaltungist das Freigabesignal dem ersten Meldegerät von der Sicherheitssteuerungzugeführt.
    [0018] DieseAusgestaltung macht von der gewonnenen Flexibilität vorteilhaftenGebrauch. Zwar besitzt das neue Meldegerät aufgrund der bereits beschriebenenRepeater-Funktion auch ohne diese Ausgestaltung Vorteile gegenüber dembekannten Sicherheitsschalter, erst die Berücksichtigung des extern zugeführten Freigabesignalsim Steuerteil ermöglichtjedoch eine individuelle Reaktion des neuen Meldegerätes, dieEreignisse berücksichtigt,die außerhalbvon dem Meldegerätauftreten.
    [0019] Ineiner weiteren Ausgestaltung ist das zum Ausgang des zumindest einenSchaltelements durchgeschaltete Signal dem Steuerteil des Meldegerätes zugeführt.
    [0020] Mitanderen Worten wird das Ausgangssignal des Schaltelements (und damitzumindest mittelbar auch das Ausgangssignal des Meldegerätes) auf denSteuerteil zurückgekoppelt.Der Steuerteil ist damit in der Lage, geräteinterne Funktionsfehler zudetektieren. Diese Ausgestaltung ist für sich genommen auch aus EP 1 363 306 A2 undauch seit langem von Lichtschranken und anderen "intelligenten" Meldegeräten und Sicherheitsschaltgeräten bekannt.Die Vorteile dieser Ausgestaltung kommen jedoch erst aufgrund dervorliegenden Erfindung voll zur Geltung, da jedes Meldegerät einerReihenanordnung einen internen Funktionsfehler unabhängig vondem Zustand stromaufwärtsliegenderMeldegeräteweitergeben kann.
    [0021] Ineiner weiteren Ausgestaltung besitzt jedes Meldegerät zumindestzwei redundante Schaltelemente mit je einem Eingang und einem Ausgang,wobei jedes der zumindest zwei redundanten Schaltelemente eingangsseitigmit dem festen Potential belegt ist.
    [0022] Diesefür sichgenommene ebenfalls bereits bekannte Ausgestaltung besitzt in Kombinationmit der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass das Meldegerät eineninternen Funktionsfehler jederzeit an die übergeordnete Sicherheitssteuerungmelden kann, selbst wenn eines der Schaltelemente Ursache des Funktionsfehlersist. Die bei den bekannten Meldegeräten aus Sicherheitsgründen vorgeseheneRedundanz führthier also auch zu einer höherenVerfügbarkeit.Der besondere Vorteil liegt darin, dass das neue Meldegerät Diagnosedatenin jedem Fall überdie vorhandenen Anschlüssean die übergeordneteSicherheitssteuerung übertragenkann, d.h. es müssenkeine zusätzlichenAnschlüssezum Übertragenvon Diagnosedaten bereitgestellt werden. Dementsprechend vereinfachtsich die Verdrahtung, und sowohl beim Meldegerät als auch bei der SicherheitssteuerungkönnenBauraum und Kosten fürzusätzlicheAnschlüsseeingespart werden.
    [0023] Ineiner weiteren Ausgestaltung ist der Steuerteil des Meldegerätes dazuausgebildet, einen geräteinternenFunktionsfehler zu detektieren und mit Hilfe von zumindest einemder redundanten Schaltelemente ein Datentelegramm an dessen Ausgangzu erzeugen.
    [0024] Inbevorzugten Ausgestaltungen ist das Datentelegramm ein Pulstelegramm,d.h. der Steuerteil schaltet eines der redundanten Schaltelemente(oder auch beide) pulsweise an und aus. Auf diese Weise können Nachrichtenmit einem Informationsgehalt von zahlreichen Bit auf den vorhandenenSignalleitungen sehr kostengünstigund flexibel übertragen werden.Dabei ist die Weitergabe von sehr detaillierten Diagnoseinformationenmöglich.Auch eine dem Meldegerätzugewiesene Adresse kann in dieser Ausgestaltung sehr einfach undmit geringem Hardwareaufwand an die übergeordnete Steuerung übertragenwerden, so dass die Sicherheitssteuerung jedes Meldegerät der Reihenschaltungeinzeln identifizieren kann.
    [0025] Ineiner weiteren Ausgestaltung besitzt das Meldegerät einenEingang zum Zuführeneiner Betriebsspannung, wobei die Betriebsspannung dem zumindesteinen Schaltelement als festes Potential zugeführt ist.
    [0026] DieseAusgestaltung ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die obenbeschriebene Repeater-Funktion des neuen Meldegerätes. Indemdas zumindest eine Schaltelement eingangsseitig mit der Betriebsspannungverbunden ist, könnengroßeStrecken zwischen mehreren Meldegeräten einfach überbrückt werden.
    [0027] Ineiner weiteren Ausgestaltung ist der Betätiger ein mechanisch bewegtesStellglied und der erste und der zweite Zustand entsprichen jeweilseiner Stellposition des Betätigers.
    [0028] Indieser Ausgestaltung ist das neue Meldegerät insbesondere ein Schutztürschalter,ein Not-Aus-Taster, ein End- oder Positionsschalter, ein Sensorfür eineTrittmatte oder ein handbetätigter Start-oder Befehlstaster. Der Betätigerkann dabei in das Meldegerätintegriert sein oder auch vom Meldegerät getrennt ausgeführt sein,wie dies beispielsweise bei Schutztürschaltern üblich ist. Die Anbindung desBetätigersan das Meldegerätkann optisch, induktiv, kapazitiv oder auf eine beliebige andereWeise erfolgen. Diese Ausgestaltung ist bevorzugt, weil es sichbei den genannten Meldegerätenum relativ einfache Komponenten handelt, die bislang praktisch keineeigene Signal verarbeitung besessen haben. Der erweiterte Funktionsumfangkommt daher bei diesen Meldegerätenbesonders stark zur Geltung. Die Verwendung der vorliegenden Erfindungbei derartigen "einfachen" Meldegeräten kannzudem auch den Einsatz einer übergeordnetenSicherheitssteuerung fürkleinere Anwendungsfälle überflüssig machen,indem das Meldegeräteinen Aktor ohne zwischengeschaltete Sicherheitssteuerung über seine Ausgänge aktiviert.
    [0029] Esversteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehendnoch zu erläuternden Merkmalenicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch inanderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohneden Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    [0030] Ausführungsbeispieleder Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in dernachfolgenden Beschreibung nähererläutert.Es zeigen:
    [0031] 1 einevereinfachte Darstellung einer Anlage, bei der ein Meldegerät gemäß der vorliegendenErfindung zur Absicherung eingesetzt wird,
    [0032] 2 eineschematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des neuen Meldegerätes,
    [0033] 3 eineSicherheitsschaltung mit zwei Meldegeräten der in 2 gezeigtenArt in einer Reihenanordnung, und
    [0034] 4 eineZeitdiagramm mit Signalverläufenbeim Initialisieren einer Sicherheitsschaltung gemäß 3.
    [0035] In 1 isteine Anlage, die mit Hilfe der Erfindung abgesichert wird, in ihrerGesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
    [0036] DieAnlage 10 beinhaltet hier einen Roboter 12, dessenautomatisierte Bewegungen füreine Person (hier nicht dargestellt), die sich im Bewegungsbereichdes Roboters 12 aufhalten würde, gefährlich wären. Daher ist der Bewegungsbereichdes Roboters 12, wie an sich bekannt, mit einer Schutztür 14 undSchutzzäunenabgesichert. An der Schutztür 14 istein Betätiger 16 befestigt.An einem feststehenden Rahmen, an dem die Schutztür 14 ingeschlossenem Zustand anliegt, befindet sich ein Sicherheitsschalter 18,allgemeiner also ein Meldegerätgemäß der vorliegendenErfindung. Der Sicherheitsschalter 18 ist über mehrereLeitungen mit einer Sicherheitssteuerung 20 verbunden.Die Sicherheitssteuerung 20 steuert ausgangsseitig zweiSchütze 22, 24,deren Kontakte die Stromversorgung 26 zum Roboter 12 unterbrechenkönnen.
    [0037] DieAnlage 10 ist hier vereinfacht dargestellt. Wie den einschlägigen Fachleutenbekannt ist, wird die Schutztür 14 inder Praxis üblicherweisemit zumindest zwei Sicherheitsschaltern 18 und entsprechendenBetätigern 16 ausgerüstet, wobeieiner der Sicherheitsschalter häufigverdeckt angeordnet wird, um Manipulationen zu erschweren. Darüber hinaus enthält einesolche Anlage häufigweitere Meldegeräte,wie beispielsweise Not-Aus-Tasteroder weitere Schutztürschalter(hier nicht gezeigt). Außerdemist hier die erforderliche Betriebssteuerung für den Roboter 12 derEinfachheit halber nicht dargestellt.
    [0038] DieSicherheitssteuerung 20 kann in einem einfachen Szenarioein Sicherheitsschaltgerätsein, wie es von der Anmelderin unter der Bezeichnung PNOZ® angebotenwird. Wenn zahlreiche sicherheitstechnische Meldegeräte zur Absicherungder Anlage 10 benötigtwerden, ist es jedoch vorteilhaft, eine komplexere Sicherheitssteuerungeinzusetzen, wie etwa die unter der Bezeichnung PSS® vonder Anmelderin vertriebenen Sicherheitssteuerungen. Zumindest imletztgenannten Fall besitzt die Sicherheitssteuerung 20 üblicherweiseeinen Feldbusanschluss und weitere Schnittstellen zur Kommunikationmit der hier nicht gezeigten Betriebssteuerung und/oder zur Kommunikationmit einem übergeordnetenLeitrechner.
    [0039] Indem bevorzugten Ausführungsbeispielgemäß 2 istder Sicherheitsschalter 18 zweikanalig-redundant aufgebaut.Dementsprechend besitzt der Sicherheitsschalter 18 hierzwei redundante Mikrocontroller 30, 32, die sichgegenseitig überwachen,was durch einen Doppelpfeil zwischen den Mikrocontrollern dargestelltist. In bevorzugten Ausführungsbeispielensind die Mikrocontroller unterschiedlich, d.h. der Sicherheitsschalter 18 istdiversitäraufgebaut.
    [0040] Mitden Bezugsziffern 34, 36 sind zwei elektronischeSchaltelemente bezeichnet, die hier als Feldeffekttransistoren dargestelltsind. Alternativ könnenjedoch auch bipolare Transistoren oder andere, vorzugsweise elektronischeSchaltelemente eingesetzt werden.
    [0041] DerSteueranschluss (Gate) des Schaltelements 34 ist mit demMikrocontroller 30 verbunden. Der Eingang 38 (Source)ist mit einer Leitung 40 verbunden, an der im Betrieb desSicherheits schalters 18 eine Betriebsspannung UB anliegt. Der Ausgang 42 (Drain)ist mit einem Anschluss 44 verbunden, an dem der Sicherheitsschalter 18 externverdrahtet werden kann. Damit bildet der Ausgang 42 des Schaltelements 34 einAusgangssignal des Sicherheitsschalters 18.
    [0042] Daszweite Schaltelement 36 ist an seinem Steueranschluss (Gate)mit dem Mikrocontroller 32 verbunden. Sein Eingang 38 liegtebenfalls überdie Leitung 40 an Betriebsspannung UB.Sein Ausgang 42 ist einem zweiten Ausgangsanschluss 46 desSicherheitsschalters 18 zugeführt.
    [0043] DieSignale an den Ausgängen 42 derSchaltelemente 34, 36 sind über zwei Spannungsteiler 48, 50 aufdie Mikrocontroller 30, 32 zurückgekoppelt. Damit ist es denMikrocontrollern 30, 32 möglich, den jeweiligen Schaltzustandder Schaltelemente 34, 36 zu überwachen.
    [0044] Mitder Bezugsziffer 52 ist ein Eingangsteil bezeichnet, mitdessen Hilfe die Mikrocontroller 30, 32 den aktuellenZustand des Betätigers 16 bestimmen.In dem hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Betätiger 16 einTransponder mit einem Signalerzeugungsschaltkreis 54 undeiner Sende- und Empfangsspule 56. In dem Signalerzeugungsschaltkreis 54 isteine individuelle Codierung 58 abgespeichert. Der Eingangsteil 52 besitztebenfalls eine Sende- und Empfangsspule (hier nur symbolisch dargestellt), über dieer ein Abfragesignal aussendet. Sobald sich der Transponder 16 imNahbereich des Eingangsteils 52 befindet (Schutztür geschlossen),wird der Signalerzeugungsschaltkreis 54 im Betätiger 16 aktiviert.Der Betätiger 16 sendet danndie abgespeicherte Codierung 58 an den Eingangsteil 52 zurück. Dortwird die Codierung 58 aus dem empfangenen Signal demoduliertund den Mikrocontrollern 30, 32 zur Verfügung gestellt.
    [0045] Istdie Schutztür 14 hingegengeöffnet,befindet sich der Betätiger 16 außerhalbder Sende- und Empfangsreichweite des Eingangsteils 52,was in 2 bei der Position 16' dargestellt ist. In diesem Fallfindet zwischen Betätiger 16 undEingangsteil 52 keine Kommunikation statt. Die Mikrocontroller 30, 32 erhaltenfolglich keine Codierung, was als geöffnete Schutztür 14 interpretiertwird. Ist ein zweiter Schütztürschalteroder zumindest ein zweiter Betätiger(nicht dargestellt) vorhanden, kann auch ein Defekt des Betätigers 16 oderdes Eingangsteils 52 erkannt werden. Die Verwendung vonTranspondern zum Überwachenvon Schutztürenist fürsich genommen im Bereich der Sicherheitstechnik bekannt, beispielsweiseaus EP 0 968 567 B1 .
    [0046] Inanderen Ausführungsbeispielenkann der Eingangsteil 52 für andere Arten von Betätigern ausgebildetsein. Dabei kann der Betätigerauch im Sicherheitsschalter 18 integriert sein. Beispielsweise könnte derSicherheitsschalter 18 ein Not-Aus-Taster sein und der Betätiger istin diesem Fall der Stößel desTasters. In weiteren Ausführungsbeispielenbeinhaltet der Eingangsteil 52 induktive, kapazitive, optischeoder anderweitige Sensoren zum Bestimmen einer aktuellen Positioneines mechanisch beweglichen Betätigers.Darüberhinaus kann die Erfindung grundsätzlichauch bei Lichtschranken und anderen Meldegeräten angewendet werden, diezwischen zumindest zwei Zuständenunterscheiden.
    [0047] Eingangsseitigbesitzt der Sicherheitsschalter 18 hier drei Anschlüsse 60, 62, 64,die jeweils als Sicherheitseingängeausgebildet sind und redundant mit den beiden Mikrocontrollern 30, 32 verbunden sind. Über dieAnschlüsse 60 bis 64 können denMikrocontrollern 30, 32 externe Freigabesignaleredundant zugeführtwerden. Außerdemist in an sich bekannter Weise ein Anschluss 66 zum Zuführen einer BetriebsspannungUB und ein Masseanschluss 68 vorhanden.Es versteht sich, dass die genannten Anschlüsse jeweils an der Außenseiteeines Gehäuses 70 desSicherheitsschalters 18 zugänglich sind.
    [0048] In 3 isteine Sicherheitsschaltung mit zwei der beschriebenen Sicherheitsschalter 18 inihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet. Im übrigen bezeichnengleiche Bezugszeichen dieselben Elemente wie zuvor. Die beiden Sicherheitsschaltersind zur gegenseitigen Unterscheidung mit 18a und 18b bezeichnet.
    [0049] DerSicherheitsschalter 18a ist an seinen Anschlüssen 60, 62 mitAusgängender Sicherheitssteuerung 20 verbunden. Bevorzugt handeltes sich hierbei um sogenannte Taktausgänge der Sicherheitssteuerung 20,an denen zwei Taktsignale unterschiedlicher Frequenz anliegen, sodass eine Querschlusserkennung sowohl im Sicherheitsschalter 18a alsauch (durch Rücklesen,hier nicht gezeigt) in der Sicherheitssteuerung 20 möglich ist.Außerdemist der Sicherheitsschalter 18a an den Anschlüssen 66, 68 mitBetriebsspannung UB bzw. Masse verbunden. Ausgangsseitigsind die Anschlüsse 44, 46 desSicherheitsschalters 18a auf die Anschlüsse 60, 62 des nachfolgendenSicherheitsschalters 18b geführt. Die beiden Sicherheitsschalter 18a, 18b sindalso in Reihe zueinander angeordnet. Betriebsspannung erhält der Si cherheitsschalter 18b inder gezeigten Anordnung ebenfalls vom Sicherheitsschalter 18a.Alternativ hierzu könnteder Sicherheitsschalter 18b jedoch auch mit einer anderenQuelle fürdie Betriebsspannung UB verbunden sein.
    [0050] Diebeiden Ausgangssignale des Sicherheitsschalters 18b, d.h.die an dessen Anschlüssen 44, 46 anliegendenSignale, sind Sicherheitseingängender Sicherheitssteuerung 20 zugeführt. Ausgangsseitig ist dieSicherheitssteuerung 20 zwischen die Stromversorgung 26 undeinen abzuschaltenden Antrieb 82, beispielsweise einenStellantrieb des Roboters 12, geschaltet. Außerdem isthier schematisch dargestellt, dass die Sicherheitssteuerung 20 über einenFeldbus 84 mit einer Betriebssteuerung 86 für den Roboter 12 und/odereinem übergeordneten Leitrechnerverbunden ist. Die zu den Sicherheitsschaltern 18a, 18b gehörenden Betätiger sindaus Gründender Übersichtlichkeitin 3 nicht gezeigt.
    [0051] DieFunktionsweise der Sicherheitsschaltung 80 ist wie folgt: Nachder Inbetriebnahme erzeugt die Sicherheitssteuerung 20 anihren Ausgängenzwei Taktsignale 88, 90, die dem Sicherheitsschalter 18a alsFreigabesignale zugeführtsind. Die Mikrocontroller 30, 32 des Sicherheitsschalters 18a überwachenmit Hilfe des Eingangsteils 52 den aktuellen Zustand deszugehörigenBetätigers.Befindet sich der Betätigerim Bereich des Eingangsteils 52 und werden die Freigabesignale 88, 90 einwandfreiempfangen, erzeugen die Mikrocontroller 30, 32 mitHilfe der Schaltelemente 34, 36 zwei Ausgangssignale,die den Freigabesignalen 88, 90 nachgebildet sind.Sie könntensich jedoch auch von den Taktsignalen 88, 90 unterscheiden,beispielsweise hin sichtlich ihrer Frequenz. Der zweite Sicherheitsschalter 18b empfängt dienachgebildeten Freigabesignale und bildet diese seinerseits am Ausgangnach, wenn er ebenfalls eine geschlossene Schutztür und einwandfreieFunktion feststellt. Die Sicherheitssteuerung 20 erhält die nachgebildetenFreigabesignale überdie Leitungen 92, 94.
    [0052] Wennnun der Sicherheitsschalter 18a das Öffnen der ihm zugeordnetenSchutztürdetektiert, d.h. wenn der zugeordnete Betätiger seinen Zustand wechselt, öffnen dieMikrocontroller 30, 32 die Schaltelemente 34, 36.Der nachfolgende Sicherheitsschalter 18b erhält folglichnicht mehr die nachgebildeten Freigabesignale. Dies wird von denMikrocontrollern im Sicherheitsschalter 18b erkannt unddurch Abschalten der Schaltelemente 34, 36 andie Sicherheitssteuerung 20 gemeldet. Diese kann daraufhin denAntrieb 82 abschalten.
    [0053] Ingleicher Weise erfolgt der Signalfluss, wenn der Sicherheitsschalter 18a einenFunktionsfehler detektiert, beispielsweise einen Querschluss anden eingangs- oder ausgangsseitigen Anschlüssen, ein Durchlegieren einesder Schaltelemente 34, 36 oder einen sonstigenFunktionsfehler. Nach einer kurzen Wartezeit, die in den Mikrocontrollernaller Sicherheitsschalter und der Sicherheitssteuerung hinterlegtist, erzeugt der Sicherheitsschalter 18a ein Datentelegramm 96 aufzumindest einer seiner Ausgangsleitungen, indem er zumindest einesder Schaltelemente 34, 36 pulsweise schließt und wieder öffnet. Dernachfolgende Sicherheitsschalter 18b empfängt diesesDatentelegramm und gibt es an die Sicherheitssteuerung 20 ingleicher Weise weiter. Bei Bedarf kann er auch weitere Informationenin das Datentelegramm 96 integrieren.
    [0054] Ineinem Ausführungsbeispielist das Datentelegramm 96 wie bei einer asynchronen, seriellen Schnittstellerealisiert, d.h. es beginnt mit einem definierten Startbit und endetmit einem definierten Stoppbit. Dazwischen liegt eine beliebigeoder festgelegte Anzahl an Datenbits. In einem anderen Ausführungsbeispielbeinhaltet jedes Datentelegramm 96 eine festgelegte Anzahlan Impulsen mit definierter Impulsdauer. Die Bedeutung jedes einzelnenImpulses hängtvon dem Protokoll ab, das zwischen den Sicherheitsschaltern 18 undder Sicherheitssteuerung 20 festgelegt ist.
    [0055] Ingleicher Weise erzeugt der Sicherheitsschalter 18b eineigenes Datentelegramm 96, wenn er seinerseits einen Funktionsfehlerfeststellt. Im Unterschied zu der bekannten Anordnung kann der Sicherheitsschalter 18b seineDatentelegramme unabhängigdavon erzeugen, ob der Sicherheitsschalter 18a die Schaltelemente 34, 36 geöffnet odergeschlossen hat.
    [0056] Ineinem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltendie Datentelegramme der Sicherheitsschalter 18a, 18b eineAdressinformation, die denjenigen Sicherheitsschalter identifiziert,der eine Information an die übergeordneteSicherheitssteuerung 20 melden möchte. Die jeweilige Adressekann den Sicherheitsschalter 18a, 18b auf verschiedeneWeise zugeordnet werden. Beispielsweise kann jeder Sicherheitsschalter 18a, 18b miteinem mehrstufigen Adresswahlschalter (hier nicht gezeigt) versehen sein,an dem die zugeordnete Adresse eingestellt wird. In einem anderenAusführungsbeispielverwenden die Sicherheitsschalter 18a, 18b alsAdresse jeweils die Codierung 58 der ihnen zugeordnetenBetätiger 16.
    [0057] Ineinem weiteren Ausführungsbeispielwird den in Reihe geschalteten Sicherheitsschaltern 18a, 18b ineinem Initialisierungsmodus nach Inbetriebnahme der Sicherheitsschaltung 80 eineAdresse zugewiesen. Ein bevorzugtes Verfahren, wie diese Adresszuweisungerfolgt, ist anhand 4 dargestellt.
    [0058] 4 zeigtdie Signaldiagramme fürdiesen Initialisierungsmodus. Die oberste Impulsfolge 100 istdas Einschalten der Betriebsspannung UB für sämtlicheKomponenten der Sicherheitsschaltung 80. Bei Bezugsziffer 102 istdas Signal am ersten Taktausgang der Sicherheitssteuerung 20,d.h. das Signal auf der Leitung 88 dargestellt. Bei Bezugsziffer 104 istdas Signal am zweiten Taktausgang der Sicherheitssteuerung 20,d.h. das Signal auf Leitung 90 dargestellt. Der erste Sicherheitsschalter 18 erhält alsonach dem Einschalten der Betriebsspannung UB anseinem Eingang 60 ein Dauer-High und an seinem Eingang 62 eineneinzelnen Impuls. Sobald er diesen erkennt, bildet er das an seinemAnschluss 60 anliegende Signal (Dauer-High) an seinem Ausgang 44 nach(Bezugsziffer 106). Nach einer Wartezeit T erzeugt er dannan seinem Ausgang 46 zwei Impulse, wie bei Bezugsziffer 108 dargestellt.Die Wartezeit T dient zum Erkennen, ob weitere Impuls eingangsseitigempfangen werden.
    [0059] Daszweite Sicherheitsschaltgerät 18b empfängt an seinenEingängen 60, 62 dieSignale 106, 108 und bildet diese an seinen Ausgängen 44, 46 nach.Dabei fügtes den Einzelimpulsen 108, die es am Anschluss 62 empfängt, einenweiteren Einzelimpuls hinzu. An den Ausgängen des zweiten Sicherheitsschalters 18b liegenfolglich die Impulsfolgen an, die bei den Bezugsziffern 110, 112 dargestellt sind.In gleicher Weise würdenweitere Sicherheitsschaltgeräte 18c, 18d etc.(in 3 nicht darge stellt) auf der einen Signalleitungein Dauer-High nachbilden (Bezugsziffer 114) und auf derzweiten Signalleitung eine Impulsfolge, und jeder Sicherheitsschalter würde dieImpulsfolge um einen Impuls erhöht.
    [0060] AmEnde der Kette erhältdie Sicherheitssteuerung 20 die Signale gemäß den Bezugsziffern 114, 116.Aus dem Signal 114 erkennt die Sicherheitssteuerung 20,dass die Verdrahtung des Kanals A stimmt. Aus der Impulsfolge 116 erkenntdie Sicherheitssteuerung 20, dass die Verdrahtung des KanalsB stimmt. Außerdemkann sie die Anzahl der in Reihe angeordneten Sicherheitsschalter 18a, 18b etc.aus der Anzahl der Impulse minus 1 bestimmen. In gleicher Weisekann jeder Sicherheitsschalter 18a, 18b seineAdresse aus der Anzahl der empfangenen Impulse erkennen. Auf dieseWeise kann beim Einschalten der Sicherheitsschaltung 80 eineindividuelle Adresse an jeden in Reihe angeordneten Sicherheitsschalterautomatisch zugewiesen werden. Wird die Sicherheitsschaltung 80 später verändert, erfolgt eineerneute und korrekte Adresszuordnung an die dann vorhandene Konfigurationautomatisch beim Wiedereinschalten.
    [0061] DieFlexibilitätder neuen Meldegerätewird hier noch weiter durch den bislang nicht erläuterten Eingangsanschluss 64 erhöht. DieserAnschluss kann verwendet werden, um ein externes Rückkopplungssignalin den Sicherheitsschalter 18 einzuspeisen. Damit ist esbeispielsweise möglich,dass der Sicherheitsschalter 18 einen Schütz mit zwangsgeführten Kontakteneigenständig,d.h. ohne ein bislang üblichesSicherheitsschaltgerätoder eine entsprechende Sicherheitssteuerung ansteuert. Es genügt, wenn derzwangsgeführte Öffnerkontaktdes Schützesauf den Rückkoppeleingang 64 desSicherheitsschalters 18 geführt ist.
    [0062] Inweiteren Ausführungsbeispielenbesitzen Meldegeräte,wie der gezeigte Sicherheitsschalter 18, ferner einen weiterenEingangsanschluss zum Anlegen eines Startsignals. Damit ist es ohnedie bislang üblicheSicherheitssteuerung möglich,auch einen überwachtenWiederanlauf der Anlage zu realisieren.
    [0063] Desweiteren kann die jeweilige Funktion der Meldegeräte 18 über denEingangsanschluss 64 parametriert werden, wie dies beispielsweiseaus DE 100 16 712A1 bekannt ist. Außerdemkann eine Parametrierung von außenmit Hilfe unterschiedlicher Transpondercodierungen erfolgen.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Meldegerätfür eineSicherheitsschaltung, mit einem Eingangsteil (52) für einenBetätiger(16), der zwischen einem ersten und zumindest einem zweiten Zustand(16') wechselbarist, mit zumindest einem Schaltelement (34, 36)mit einem Eingang (38) und einem Ausgang (42),und mit einem Steuerteil (30, 32), der dazu ausgebildetist, einen aktuellen Zustand des Betätigers (16) zu bestimmenund in Abhängigkeitdavon das zumindest eine Schaltelement (34, 36)so anzusteuern, dass ein am Eingang (38) anliegendes Signalzum Ausgang (42) durchgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,dass der Eingang (38) des Schaltelements (34, 36)intern mit einem festen Potential, vorzugsweise einem High-Potential (UB), belegt ist.
    [2] Meldegerätnach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Eingang (60, 62)für einexternes Freigabesignal 88, 90), das dem Steuerteil(30, 32) zugeführtist, wobei der Steuerteil (30, 32) das zumindesteine Schaltelement (34, 36) auch in Abhängigkeitvon dem Freigabesignal (88, 90) ansteuert.
    [3] Meldegerätnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Ausgang(42) des zumindest einen Schaltelements (34, 36)durchgeschaltete Signal dem Steuerteil (30, 32)zugeführtist.
    [4] Meldegerätnach einem der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei redundanteSchaltelemen te (34, 36) mit je einem Eingang (38)und einem Ausgang (42) vorhanden sind, wobei jedes derzumindest zwei redundanten Schaltelemente (34, 36)eingangsseitig mit dem festen Potential belegt ist.
    [5] Meldegerätnach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerteil (30, 32)dazu ausgebildet ist, einen geräteinternenFunktionsfehler zu detektieren und mit Hilfe von zumindest einemder redundanten Schaltelemente (34, 36) ein Datentelegramm(96) an dessen Ausgang (42) zu erzeugen.
    [6] Meldegerätnach einem der Ansprüche1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Eingang (66) zum Zuführen einerBetriebsspannung (UB), wobei die Betriebsspannungdem zumindest einen Schaltelement (34, 36) alsfestes Potential zugeführtist.
    [7] Meldegerätnach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (16) ein mechanischbewegtes Stellglied ist und dass der erste und der zweite Zustandjeweils einer Stellposition des Betätigers (16) entsprichen.
    [8] Meldegerätnach einem der Ansprüche1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Rückleseeingang (64) zumZuführeneines externen Rücklesesignalsvon einem Aktor (22, 24).
    [9] Sicherheitsschaltung zum sicheren Abschalten einergefahrbringenden Anlage (10), mit einer Sicherheitssteuerung(20), die dazu ausgebildet ist, die Anlage (10)fehlersi cher abzuschalten, und mit einem ersten und zumindest einemzweiten Meldegerät (18a, 18b),die in Reihe zueinander an die Sicherheitssteuerung (20)angeschlossen sind, wobei jedes Meldegerät (18a, 18b)einen Eingangsteil (52) für einen Betätiger (16), zumindestein Schaltelement (34, 36) mit einem Eingang (38)und einem Ausgang (42) sowie einen Steuerteil (30, 32)besitzt, der dazu ausgebildet ist, einen aktuellen Zustand des Betätigers (16)zu bestimmen und in Abhängigkeitdavon das zumindest eine Schaltelement (34, 36)so anzusteuern, dass ein am Eingang (38) anliegendes Signal zumAusgang (42) durchgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,dass der Eingang (38) des zumindest einen Schaltelements(34, 36) in jedem Meldegerät intern mit einem festen Potential,vorzugsweise einem High-Potential,belegt ist, dass der Ausgang (42) des zumindest einen Schaltelements(34, 36) in dem ersten Meldegerät (18a)dem Steuerteil (30, 32) des zweiten Meldegeräts (18b)zugeführtist, und dass der Steuerteil (30, 32) des zweitenMeldegeräts(18b) das zumindest eine Schaltelement (34, 36)des zweiten Meldegeräts(18b) auch in Abhängigkeitvon dem ersten Meldegerät(18a) ansteuert.
    [10] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass dem Steuerteil (30, 32) des ersten Meldegeräts (18a)ein Freigabesignal (88, 90) von der Sicherheitssteuerung(20) zugeführtist, wobei der Steuerteil (30, 32) des erstenMeldegeräts (18a)das zumindest eine Schaltelement (34, 36) des erstenMeldegeräts(18a) auch in Abhängigkeitvon dem Freigabesignal (88, 90) ansteuert.
    [11] Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,dass der Steuerteil (30, 32) in jedem Meldegerät (18a, 18b)dazu ausgebildet ist, einen geräteinternenFunktionsfehler zu detektieren und mit Hilfe des zumindest einenSchaltelements (34, 36) ein Datentelegramm (96)an dessen Ausgang (42) zu erzeugen.
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    优先权:
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