(57)【要約】【課題】少ない部品を用いて、安全スイッチング装置（安全スイッチング装置または安全制御器）の操作量のフェールセーフ設定を可能にする。【解決手段】本発明の位置エンコーダは、規定された全インピーダンスが間にある第１端子および第２端子３４、３６を有している。さらに位置エンコーダ３２は、第１部分インピーダンスおよび第２部分インピーダンス４０、４２を測定することができるアジャスタブルタップ３８を有している。該配置は、部分インピーダンス４０、４２のうちの少なくとも一方を用いてタップ３８の瞬間位置を決定するために、位置エンコーダ３２に接続される評価ユニット１２、１４を備えている。位置エンコーダ３２を検査するための基準インピーダンス４５も備えている。本発明によれば、評価ユニット１２、１４は、それぞれ第１部分インピーダンスおよび第２インピーダンス４０、４２を表す第１測定値および第２測定値を決定するように設計されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置エンコーダ（３２）のフェールセーフ評価のための、特に電位差計のフェールセーフ評価のための配置であって、規定された全インピーダンスが間にある第１端子と第２端子（３４、３６）を少なくとも有し、第１部分インピーダンスおよび第２部分インピーダンス（４０、４２）を測定することができるアジャスタブルタップ（３８）を有し、前記配置は、前記部分インピーダンス（４０、４２）のうちの少なくとも一方を用いて前記タップ（３８）の瞬間位置を決定するために、前記位置エンコーダ（３２）に接続される評価ユニット（１２、１４）を備え、および前記位置エンコーダ（３２）を検査するための基準インピーダンス（４５；５４、５６；５８、６０）を備え、前記評価ユニット（１２、１４）は、前記第１部分インピーダンス（４０）を表す第１測定値および前記第２部分インピーダンス（４２）を表す第２測定値を決定するように設計されていることを特徴とする配置。
【請求項２】
前記評価ユニット（１２、１４）は第１評価回路（１２）および第２評価回路（１４）を備え、それぞれが、前記測定値のうちの少なくとも一方を決定するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
前記第１評価回路（１２）は第１出力（Ａ＿Ｐ１）を有し、第２評価回路（１４）は第２出力（Ｂ＿Ｐ１）を有し、それぞれが、高電位または低電位に交互に接続されるように構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の配置。
【請求項４】
前記第１出力（Ａ＿Ｐ１）は前記位置エンコーダ（３２）の前記第１端子（３４）に接続され、前記第２出力（Ｂ＿Ｐ１）は前記位置エンコーダ（３２）の前記第２端子（３６）に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の配置。
【請求項５】
前記第１出力および前記第２出力（Ａ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１）は、前記タップ（３８）に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の配置。
【請求項６】
前記第１出力または前記第２出力（Ａ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１）から前記位置エンコーダ（３２）を分離するように設計されている少なくとも１つのスイッチング素子を特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の配置。
【請求項７】
前記第１評価回路（１２）は第１入力（Ａ＿ＩＮ）を有し、前記第２評価回路（１４）は第２入力（Ｂ＿ＩＮ）を有し、それぞれは前記位置エンコーダ（３２）に接続されていることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか１項に記載の配置。
【請求項８】
前記第１入力および前記第２入力（Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮ）は前記タップ（３８）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の配置。
【請求項９】
前記第１入力（Ａ＿ＩＮ）は前記位置エンコーダ（３２）の前記第１端子（３４）に接続され、前記第２入力（Ｂ＿ＩＮ）は前記位置エンコーダ（３２）の前記第２端子（３６）に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の配置。
【請求項１０】
前記基準インピーダンス（４５）は、前記タップ（３８）に接続される第１端子（４４）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の配置。
【請求項１１】
前記基準インピーダンス（４５）は、前記評価ユニット（１２、１４）の出力（Ｂ＿ＴＥＳＴ）に接続される第２端子（４６）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の配置。
【請求項１２】
ともに接続される複数のタップ（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）を有する複数の位置エンコーダ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を特徴とし、各位置エンコーダ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は、前記評価ユニット（１２、１４）に接続される第１端子および第２端子を有している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の配置。
【請求項１３】
前記第１評価回路および前記第２評価回路（１２、１４）は、前記位置エンコーダ（３２）を経てともに接続される集積回路（１２、１４）であって、特にプログラムマブル集積回路であることを特徴とする、請求項２〜１２のいずれかに１項に記載の配置。
【請求項１４】
電気負荷に対するフェールセーフシャットダウンのための安全スイッチング装置であって、安全要求を表すステータス信号（２８、３０）を受信するための少なくとも１つの入力を備え、前記ステータス信号を評価するための評価および制御ユニット（１２、１４）を備え、前記評価および制御ユニット（１２、１４）に応答して、前記負荷（２４、２６）への電流経路（２２）をフェールセーフで遮断するように設計されている少なくとも１つのスイッチング素子（１６、１８）を備え、かつ前記安全スイッチング装置の操作量を設定するための位置エンコーダ（３２）を備え、前記位置エンコーダ（３２）のフェールセーフ評価のための請求項１〜１３のいずれか１項に記載の配置を特徴とする安全スイッチング装置。
【請求項１５】
位置エンコーダ（３２）のフェールセーフ評価のための、特に電位差計のフェールセーフ評価のための方法であって、規定された全インピーダンスを間で測定することができる第１端子および第２端子（３４、３６）を少なくとも有し、第１部分インピーダンスおよび第２部分インピーダンス（４０、４２）を測定することができるアジャスタブルタップ（３８）を有し、
前記部分インピーダンス（４０、４２）のうちの少なくとも一方を用いて前記タップ（３８）の瞬間制御位置を決定するステップと、
基準インピーダンス（４５；５４、５６；５８、６０）を用いて前記位置エンコーダ（３２）を検査するステップとを含み、
前記第１部分インピーダンス（４０）を表す第１測定値が決定され、前記第２部分インピーダンス（４２）を表す第２測定値が決定され、前記第１測定値および第２測定値が、前記タップ（３８）の前記瞬間位置を検査するために用いられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、規定された全インピーダンスが間にある第１端子および第２端子を少なくとも有し、第１部分インピーダンスおよび第２部分インピーダンスを測定することができるアジャスタブルタップを有する位置エンコーダのフェールセーフ評価のための、特に電位差計のフェールセーフ評価のための配置に関するものである。該配置は、前記部分インピーダンスのうちの少なくとも一方を用いてタップの瞬時制御位置を決定するために、位置エンコーダに接続される評価ユニットを備え、および位置エンコーダを検査するための基準インピーダンスを備えている。
【０００２】
本発明はまた、そのような位置エンコーダのフェールセーフ評価のための方法に関し、部分インピーダンスのうち少なくとも一方を用いてタップの瞬間制御位置を決定するステップと、基準インピーダンスを用いて、位置エンコーダを検査するステップとを含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
一般的には、本発明は、潜在的に危険な機械および機器によって作業員をけがから保護するという意味において安全工学の分野における配置および方法に関する。このような機械および機器を保護することは、緊急停止ボタン、安全ドアスイッチ、光バリア、光カーテン、および他の安全に関連する信号装置からのステータス信号を評価し、かつ評価によっては、モニターされた機械または設備の電源を切るかあるいは他の手段によって安全状態にする安全スイッチング装置を用いて現在まで長年にもわたって行われてきた。安全スイッチング装置は、典型的には、機械または設備の作動制御器に加えて用いられる。作動制御器は、機械または設備の「通常」作動手順を制御する。しかしながら、該作動制御器は、「フェールセーフ」であるようには設計されておらず、よって作業員の保護に関して所望のレベルを保証することができない。
【０００４】
より多数の安全機能が必要とされる場合、プログラマブル安全制御装置が典型的に用いられ、個々の信号装置およびそれらの論理依存性のモニタリングを、ソフトウエアプログラミングによって規定することができる。他方、少数のまたは中程度の数の安全機能を有する応用には、安全スイッチング装置が主に用いられ、その作動を、ユーザによるソフトウエアプログラミングを必要とせずにある程度修正することができる。例えば、そのような安全スイッチング装置では、さまざまな動作モード、例えば始動動作モード（自動始動、手動始動、モニターされた始動）、または機械の遅延し／遅延していないシャットダウン（運転停止）を設定することができる。後者の場合、ユーザには、遅延を設定、または多数のあらかじめ規定された遅延から選択することも容易である。さらに、多くの安全スイッチング装置では、動作モードを異なる動作環境に合うように、例えば安全スイッチング装置にクロック制御または非クロック制御ステータス信号が供給されるかどうかを調節することができる。これらすべての設定は、以下では操作量を設定することと総称する。
【０００５】
操作量を、例えば、可変抵抗を制御素子の制御位置の関数として提供する電位差計または抵抗回路ネットワークを用いて設定することができる。しかしながら、フェールセーフ性の理由により、少なくとも２つの冗長位置エンコーダが、安全スイッチング装置のために用いられ、このことは組立の必要性に関する部品コストによる１つの欠点である。下記特許文献２は、このように安全スイッチング装置の２つの冗長回転スイッチの切換機能を１つの部品において組み合わせることを提案している。
【０００６】
下記特許文献３は、安全スイッチング装置を開示しており、少なくとも３つの異なる入力信号のうちの１つを安全スイッチング装置の入力端子に供給することによって操作量を設定することができる。印加された入力信号によっては、安全スイッチング装置は、少なくとも３つのあらかじめ規定された動作モードのうちの１つを選択する。本方法は、冗長回転スイッチまたは電位差計の、費用かつ時間がかかる組立の手間を省くので、非常に有利であることがわかっている。しかしながら、本方法は、選択信号を供給するために、少なくとも１つの入力端子が安全スイッチング装置上で利用可能であることは必要としない。このことは、安全スイッチング装置の最小全体寸法を制限している。
【０００７】
下記特許文献１は、電位差計の主にフェールセーフ評価のための方法および装置を開示している。これを達成するために、電位差計は、１つまたは２つの規定された固定抵抗器と直列に接続される。電位差計は、２つの固定抵抗器とともに分圧器を形成し、かつ瞬間電位差計の位置は、電位差計の分割比から決定される。さらに、１つの固定抵抗器を通る電圧降下、すなわち両端の電圧降下が、決定されて設定値と比較される。同じ電流が電位差計および固定抵抗器を流れるので、固定抵抗器を用いて電位差計を検査することができる。この方法の欠点は、電位差計を用いて変化させることができる電圧範囲が、直列に接続された固定抵抗器によって減少するということである。このことは、フェールセーフ信頼性を持って互いに区別することができる電位差計の位置の数が減少することを意味している。さらに、電位差計の位置の測定は、固定抵抗器の許容差に依存する不正確の影響を受ける。最後に、本回路は、複数の電位差計がフェールセーフ信頼性を持って評価される場合には高価である。
【０００８】
下記特許文献４、５、６は、電位差計の位置を評価し、電位差計の正確な作動を検査するためのさらなる回路を開示している。しかしながら、これらの解決策も、特に複数の電位差計がフェールセーフ信頼性を持ってモニターされる場合に費用がかかる。さらに、互いに区別することができる電位差計の位置の数は、さらなる部品の許容差のため再度制限される。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１４９４０９８Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０００９７０７Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１００１６７１２Ａ１号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第１０２２５７０Ａ２号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第４３２２４７２Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許第米国特許第５、８１２、４１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、少数の部品を用いてインピーダンス基準位置エンコーダの正確でフェールセーフな評価を可能にする上述の種類の方法および配置を提供することである。特に、本発明の目的は、少数の部品を用いてかつ少量の空間を必要として、安全スイッチング装置（安全スイッチング装置または安全制御器）において操作量のフェールセーフ設定を可能にする方法および配置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、本目的は、上述の種類の配置によって達成され、評価ユニットは、第１部分インピーダンスを表す第１測定値および第２部分インピーダンスを表す第２測定値を決定するように設計されている。
本発明の他の態様によれば、本目的は、上述の種類の方法によって達成され、第１部分インピーダンスを表す第１測定値が決定され、第２部分インピーダンスを表す第２測定値が決定され、かつ第１測定値および第２測定値は、タップの瞬間位置を検査するために用いられる。
【００１１】
すでに上述したように、新規な装置および新規な方法を、電位差計をモニターし、評価するためだけでなく、任意の他のインピーダンス基準位置エンコーダをモニターし、評価するために用いることができる。例えば、電位差計の代わりに、位置エンコーダは、各種の抵抗器を有する抵抗回路ネットワークでもよい。さらに、位置エンコーダの全インピーダンスは、容量成分および誘導成分を含むことがあり、つまり、本発明は抵抗性位置エンコーダに限定されるものではない。
【００１２】
本発明は、全インピーダンスを与えるために合計する可変部分インピーダンスのそれぞれを測定によって決定するという考えに基づいている。本明細書では、実際に、用語の狭義におけるインピーダンス測定を行う必要はない。すなわち、個々の部分インピーダンスについての代表的な（しかし別々である）測定値を決定すれば十分である。部分インピーダンスのそれぞれの両端の電圧降下を測定することが好ましい。
【００１３】
対照的に、インピーダンス基準位置エンコーダを評価し、モニターするための今までに公知な手順すべてにおいては、部分インピーダンスの分割比のみが測定される。全インピーダンスが公知である場合、部分インピーダンスを計算することは可能であるが、該部分インピーダンスは互いに別々に測定されるものではない。新規な手順によって、互いに別々に決定される部分インピーダンスを、互いにおよび／もしくは公知のまたは測定された全インピーダンスと比較することが可能になる。これによって、回路構成において実施することが非常に容易である複数の妥当性検査、また非常に簡単な冗長評価も可能になる。特に好ましい例示的な実施形態では、新規な配置は、例えば２つのマイクロコントローラに加えて、固定抵抗器が１つのみ必要である。２つのマイクロコントローラは、冗長性のために、安全スイッチング装置においてはいずれにしても多く用いられ、その結果本明細書において、部品コストは極めて低い。
【００１４】
要約すると、新規な配置および新規な方法により、少数の部品を用いてインピーダンス基準位置エンコーダの、正確かつフェールセーフな評価が可能となる。このことは、次に、端子および／または冗長位置エンコーダを接続する必要なく、操作量のフェールセーフ設定を実施する機会を設ける。よって、新規な配置および新規な方法によって、操作量のフェールセーフ設定を含む安全スイッチング装置または安全制御器の極めて小型で、かつ対費用効率のよい実施ができるようになる。
【００１５】
したがって、前掲の目的が、完全に達成される。
好ましい実施形態では、評価ユニットは第１評価回路および第２評価回路を備え、それぞれは、測定値のうちの少なくとも一方を決定するように設計されている。好ましくは、各評価回路は、各測定値を測定することができる。
本実施形態では、評価回路のそれぞれは、位置エンコーダの部分インピーダンスを測定することができる。したがって、各評価ユニットは、位置エンコーダの瞬間位置を決定することができる。このような実施は、安全スイッチング装置に特に適している。
【００１６】
さらなる実施形態では、第１評価回路は第１出力を有し、第２評価回路は第２出力を有し、それぞれは、高電位または低電位に交互に接続されるように構成されている。
本実施形態によって、位置エンコーダには異なる極性の電圧が交互に供給できるようになる。そして、部分インピーダンスを測定するのは非常に容易になる。
さらなる実施形態では、第１出力は位置エンコーダの第１端子に接続され、かつ第２出力は、位置エンコーダの第２端子に接続されている。
【００１７】
本実施形態においては、位置エンコーダは、効果的には評価回路の出力間に存在し、該出力は、高電位または低電位に交互に接続することができる。位置エンコーダの両端に印加される電圧は、このようにして容易に逆にすることができ、それによって部分インピーダンスを特に容易に決定することができるようになる。本明細書では、位置エンコーダを、２つの評価回路に間接的に、すなわち、中間抵抗器または他の部品を経て接続することも可能なことが明白である。しかしながら、位置エンコーダが、評価のための最大電圧範囲を提供するために、評価回路の出力間に直接接続されれば好ましい。
【００１８】
さらなる実施形態では、第１出力および第２出力が、タップに接続されている。
本実施形態において、交互に変化する電圧は、位置エンコーダのタップに印加される。これによって、第１測定値および第２測定値を同時に求めることができるようになる。このことは、評価および検査を非常に迅速に行うことができることを意味している。
さらなる実施形態では、第１出力または第２出力から位置エンコーダを分離するように設計されている少なくとも１つのスイッチング素子が設けられている。
【００１９】
言い換えると、本実施形態は、位置エンコーダと評価回路の出力との接続を高インピーダンスにする可能性を含んでいる。有利には、このことは評価回路自体の出力で生じることもある。本実施形態は、電圧反転によって部分インピーダンスを測定するための非常に容易な選択肢である。
さらなる実施形態では、第１評価回路は第１入力を有し、第２評価回路は第２入力を有し、それぞれは、位置エンコーダに接続されている。
【００２０】
したがって、本実施形態において、位置エンコーダは評価回路の入力間にも接続されている。したがって、各評価回路は、部分インピーダンスを表す測定値を直接読み取ることができる。これによって、高レベルのフェールセーフ信頼性によって、制御位置を迅速に評価することができるようになる。
さらなる実施形態では、第１入力および第２入力はタップに接続されている。
【００２１】
本実施形態によって、第１測定値および第２測定値が、いずれの場合にも冗長に検出することができるようになる。各評価回路は、２つの測定値のそれぞれを検出し、関連する部分インピーダンスを決定することができる。したがって、各部分インピーダンスを冗長にモニターすることができ、それによって、特に高レベルのフェールセーフ信頼性が可能になる。
【００２２】
この場合、基準インピーダンスが、タップに接続される第１端子も有するなら特に好ましい。
本実施形態により、位置エンコーダのドリフト誤差、特に部分インピーダンスのドリフト誤差を容易にかつ確実に検出することが可能である。
さらなる実施形態では、第１入力は位置エンコーダの第１端子に接続され、第２入力は位置エンコーダの第２端子に接続されている。
【００２３】
本実施形態では、各評価回路は、「その」部分インピーダンスを検出し、それによって、位置エンコーダを非常に迅速に評価できるようになる。
さらなる実施形態では、基準インピーダンスは、評価ユニットの出力に接続される第２端子を有している。スイッチング素子が、基準インピーダンスと出力との間の接続を選択的に高インピーダンスに切り換えるためにさらに設けられるなら特に好ましい。
【００２４】
本実施形態により、測定モードのための基準インピーダンスを「表れない」ものにすることが可能であり、その結果部分インピーダンスを表す測定値は、基準インピーダンスおよびその許容差と無関係である。これによって、より微細な解像度を有する位置エンコーダをより正確に評価できるようになる。
さらなる実施形態では、ともに接続される複数のタップを有する複数の位置エンコーダが設けられ、各位置エンコーダは評価ユニットに接続される第１端子および第２端子を有している。
【００２５】
本実施形態は、本発明による方法において、複数の位置エンコーダを評価し、モニターするためにほとんど部品を用いない非常に簡単な選択肢である。それによって、複数の操作量が、非常に低い部品コストで、ほとんど空間を必要せずに設定することができるようになる。
さらなる実施形態では、第１評価回路および第２評価回路は、位置エンコーダを経てともに接続される集積回路であって、特にプログラマブル集積回路である。特に好ましい実施形態では、集積回路は位置エンコーダを経て直接ともに接続される。言い換えると、位置エンコーダは、ひいては直接集積回路間に接続される。
【００２６】
集積回路の使用は、それ自体安全工学の分野でも公知である。しかしながら、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）または他の集積論理回路を用いて第１評価回路および第２評価回路を実施することは特に有利である。必要とされる部品の数は、それによって最小になる。必要とされる製造コストおよび全体空間は、相応して低いものである。
【００２７】
上記の特徴、および以下でさらに説明する特徴を、所与の組合せのそれぞれにおいてのみならず、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せ、または単独で応用することができることは言うまでもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。
図１では、新規な方法および新規な配置が実施される安全スイッチング装置を、全体として参照符号１０によって示している。安全スイッチング装置１０は、２チャンネル設計を有し、データを比較し、互いにモニターするためにリンク１５を経て互いに通信することができる２つのマイクロコントローラ１２、１４を有している。リンク１５は、例えば、２重ポートＲＡＭまたは通信インターフェイス（例えばＵＡＲＴ（汎用非同期式送受信機））であってもよい。
【００２９】
マイクロコントローラ１２、１４のそれぞれは、リレー１６、１８を制御する。リレー１６、１８の開閉接点は、安全スイッチング装置１０の接続端子間２０に互いに直列に存在している。該開閉接点は、このように、マイクロコントローラ１２、１４によってフェールセーフ信頼性を持って開くことができる接続端子２０間に電流経路２２を形成する。リレー１６、１８の常開接点は、２つの電流経路２２を形成し、それを経て２つの接触器２４、２６が外部電源２７に接続されている。接触器２４、２６は、本発明の意味においては電気負荷であり、例えば、機械（本明細書では図示せず）の駆動装置のフェールセーフ切断のために使用される。リレー１６、１８の常閉接点は、常開接点によって確実に駆動され、該常閉接点は、それを経てマイクロコントローラ１２、１４がリレー１６、１８の制御状態を読み取ることができる帰還回路を形成する。
【００３０】
リレー１６、１８の安全スイッチング装置１０の出力側スイッチング素子としての使用は、一例であると理解される。本発明は、半導体出力を有する安全スイッチング装置において、さらにインピーダンス基準位置エンコーダがフェールセーフ信頼性で評価およびモニターされる他の機器および装置においても用いることができる。
入力側では、安全スイッチング装置１０は、１つ以上の非常停止ボタン２８および１つ以上の安全ドアスイッチ３０からステータス信号を検出する。さらに、安全スイッチング装置１０を、光バリア、光カーテン、速度センサ等の他の信号ユニットの接続のために設計することもできる。
【００３１】
模式的に示し、参照符号３２によって示す位置エンコーダは、新規な方法によって安全スイッチング装置１０において評価、モニターされる。位置エンコーダ３２の「外部」ユニットとしての図示は、簡単にするために選択されている。位置エンコーダ３２は、通常安全スイッチング装置１０の筐体内に配置され、動作ノブ、例えば回転制御器は、安全スイッチング装置１０の筐体の一方側で使用できる。
【００３２】
図２は、位置エンコーダ３２を評価およびモニターするための好ましい例示的な実施形態を示す。特に好ましい例示的な実施形態において、位置エンコーダは、第１端子３４、第２端子３６、およびアジャスタブルタップ３８を有する電位差計である。該電位差計は、端子３４、３６間に規定された全インピーダンスを有している。それらの合計が全インピーダンスに等しい第１部分インピーダンス４０および第２部分インピーダンス４２を、アジャスタブルタップ３８で測定することができる。
【００３３】
しかしながら、本発明は、電位差計を評価することに限定されるものではない。該発明は、全インピーダンスが、アジャスタブルタップを経て２つ（または２つ以上）の部分インピーダンスに分割されて、部分インピーダンスが決定される抵抗回路ネットワークおよび他の部品または回路素子にも応用することができる。
電位差計３２の第１端子３４は、マイクロコントローラ１２の端子Ａ＿Ｐ１に接続されている。同様に、電位差計３２の第２端子３６は、マイクロコントローラ１４の端子Ｂ＿Ｐ１に接続されている。マイクロコントローラ１２、１４の端子Ａ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１を、マイクロコントローラによって、高電圧電位（例えば、作動電圧）または低電圧電位（例えば、接地電位）へ選択的に接続することができる。さらに、マイクロコントローラの２つのポート入力を高インピーダンスに切り換えることができ、このことは第１端子３４または第２端子３６を、それぞれ関連するマイクロコントローラ１２、１４（図３および図４に示す）から接続を切ることに対応している。
【００３４】
電位差計３２のタップ３８は、マイクロコントローラ１２の入力Ａ＿ＩＮおよびマイクロコントローラ１４の入力Ｂ＿ＩＮの両方に接続されている。入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮにより、マイクロコントローラは、電位差計３２のタップ３８に存在する電圧を検出することができる。特に好ましい例示的な実施形態では、各マイクロコントローラ１２、１４は、入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮに存在する電圧を、次にマイクロコントローラによってさらに処理することができるデジタル値に変換する集積Ａ／Ｄ変換器を備えている。入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮに存在する電圧は、電位差計３の部分インピーダンス４０、４２を表す測定値である。
【００３５】
さらに、タップ３８は、本明細書では基準インピーダンスとして用いられる固定抵抗器４５の第１端子４４にも接続されている。固定抵抗器４５の第２端子４６は、スイッチング素子４８を経てマイクロコントローラ１４のポートＢ＿ＴＥＳＴに接続されている。したがって、電位差計３２のタップ３８は固定抵抗器４５と直列であり、直列回路は、スイッチング素子４８を経てマイクロコントローラ１４のポートＢ＿ＴＥＳＴに接続されている。あるいは、またはさらに、直列回路をマイクロコントローラ１２の対応するポートＡ＿ＴＥＳＴ（図示せず）に接続することもできる。
【００３６】
マイクロコントローラ１４は、接地電位をポートＢ＿ＴＥＳＴに印加することができる。さらに、固定抵抗器４５とマイクロコントローラ１４との間の接続を、スイッチング素子４８を経て高インピーダンスに切り換えることができる。スイッチング素子４８を、本明細書では図示目的のために示している。好ましい例示的な実施形態において、マイクロコントローラ１４は、ポートＢ＿ＴＥＳＴを集積スイッチング素子（図示せず）を経て高インピーダンスに切り換えることができる。
【００３７】
図３および図４は、電位差計３２を検査するためのこの新規な装置の作動原理を図示し、いずれの場合にも、同じ参照符号を同じ要素を示すために用いている。
電位差計３２を試験するために、マイクロコントローラ１２は、例えば５ボルトの高電圧電位をポートＡ＿Ｐ１に印加する。マイクロコントローラ１４は、ポートＢ＿Ｐ１から接続を切られた端子３６によって、そのポートを図３に示す高インピーダンスに切り換える。さらに、マイクロコントローラ１４は、低電圧電位、好ましくは接地電位をポートＢ＿ＴＥＳＴに印加する。この場合、電位差計３２の第１電位インピーダンス４０は、固定抵抗器４５とともに分圧器を形成する。部分インピーダンス４０の両端の部分電圧降下を、入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮで測定することができる。部分インピーダンス４０の両端のこの電圧降下は、部分インピーダンス４０の量に対する対策である。
【００３８】
次に、図４に示すように、電位差計３２の第２部分インピーダンス４２は、マイクロコントローラ１４が、高電圧電位、例えば５ボルトをそのポートＢ＿Ｐ１に印加することによって決定され、一方マイクロコントローラ１２は、そのポートＡ＿Ｐ１を高インピーダンスに切り換える。そうして、分圧器は第２部分インピーダンス４２および固定抵抗器４５から形成される。部分インピーダンス４２の両端の電圧降下を、入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮにおいて測定することができる。測定された部分電圧／部分インピーダンスを加えることによって、電位差計３２の任意の接触誤差および任意のドリフト誤差も検出することが可能である。さらに、電位差計３２の瞬間位置を、２つの部分インピーダンス４０、４２についての公知の値から決定することができ、それによって電位差計３２の制御位置を以下で説明するように測定によって求めることもできるので、妥当性検査が可能になる。最後に、本試験概要を、マイクロコントローラ１２、１４の上記ポートにおいて縮退誤差を検出するために用いることもできる。
【００３９】
ポートＢ＿ＴＥＳＴが高インピーダンスに切り換えられる（スイッチング素子４８が開になる）ことによって、電位差計３２の制御位置を図２に示す配置で測定することができ、高電圧電位、例えば５ボルトが、マイクロコントローラ１２のポートＡ＿Ｐ１に印加され、低電圧電位、例えば接地電位が、マイクロコントローラ１４のポートＢ＿Ｐ１に印加される。ポートＡ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１での電圧電位を、取り換えることもできる。いずれの場合にも、電位差計３２の両端に電圧があり、タップ３８が分圧器を形成する。タップ３８に存在する部分電圧を読み取ることによって、電位差計３２の制御位置を測定することができる。
【００４０】
当業者が容易に理解するように、電位差計３２のフェールセーフ評価のための本回路は、マイクロコントローラ１２、１４への異なる供給電圧で作動させることもできる。これによって、多様性冗長のために、特に高レベルのフェールセーフ信頼性が可能になる。さらに、本例示的な実施形態は、電位差計３２の制御位置が、電位差計の特定のインピーダンス値に依存しないし、固定抵抗器４５または電位差計のワイパ接触抵抗の値および許容差にも、供給電圧にも依存しないという利点がある。さらに、タップ３８において存在する部分電圧は、制御位置の変化につれて線形に変動し、その結果、電位差計３２の全動作範囲にわたって複数の制御位置を同じ精度で識別することができる。
【００４１】
２つのマイクロコントローラを備える本明細書で説明した実施態様は、信号装置を評価およびモニターするための冗長マイクロコントローラをすでに使用している安全スイッチング装置において好ましい。さらなる部品コストは最小である。しかしながら、原理上は、第１測定値および第２測定値を順次および／または１つの評価ユニットの異なるポート入力を経て測定することによって、１つのマイクロコントローラ（または他の「単一チャンネル」評価ユニット）のみを用いて本発明を実施することもできる。
【００４２】
図５は、他の例示的な実施形態を示し、同じ参照符号は前述と同じ要素を示している。この場合、３つの電位差計Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、第１および第２端子によって、マイクロコントローラ１２、１４の対応するポート間に接続されている。３つの電位差計のタップ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、接続点においてまとめられ、前述のように、ともに２つのマイクロコントローラ１２、１４の入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮ、および固定抵抗器４５を経てポートＢ＿ＴＥＳＴに接続されている。複数の電位差計Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、このような配置を用いて前述のように評価およびモニターすることができる。他の例示的な実施形態によれば、タップ３８ａ、３８ｂ、３８ｃとマイクロコントローラ１２、１４の入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮとの間の接続ラインにある他の２つの抵抗器を図５に示す。本明細書において、これらの抵抗器は減結合のために用いられるが、他の例示的な実施形態では該抵抗器がなくてもよい。
【００４３】
図６は、位置エンコーダのフェールセーフ評価のための配置の他の例示的な実施形態であって、再度電位差計３２の例を示している。同じ参照符号は、前述と同じ要素を示している。図６に示す例示的な実施形態では、電位差計３２は、端子３４、３６とともに、マイクロコントローラ１２、１４のポートＡ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１間に存在している。タップ３８は、マイクロコントローラ１２、１４の２つの入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮと並列に接続されている。先の例示的な実施形態と異なり、２つの固定抵抗器５４、５６が用いられ、抵抗器５４は、電位差計３２の第１端子３４とマイクロコントローラ１２のポートＡ＿Ｐ１との間に存在し、一方第２抵抗器５６は、電位差計３２の第２端子３６とマイクロコントローラ１４のポートＢ＿Ｐ１との間に存在する。マイクロコントローラ１２、１４が異なる供給電圧を有する場合、抵抗器５４、５６を用いて低い方の供給電圧を有するマイクロコントローラに、その供給電圧を超える電圧電位が与えられることを防止することが可能である。２つの抵抗器５４、５６は、好ましくは等価であり、その結果、電位差計３２がその中央位置にある場合、タップ３８の電圧は直列回路３２、５４、５６の両端に印加される電圧のちょうど半分である。電位差計３２の部分インピーダンスは、ポート出力Ａ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１における電位を交互に切り換えることによって決定することができ、電位差計３２の作動を検査するための妥当性試験が可能である。
【００４４】
図７は例示的な実施形態を示し、電位差計３２は、端子３４、３６とともにマイクロコントローラ１２、１４の入力Ａ＿ＩＮ、Ｂ＿ＩＮ間に存在している。タップ３８は、ポートＡ＿Ｐ１、Ｂ＿Ｐ１と並列に接続される。さらに、端子３４は、抵抗器５８を経て接地に接続され、端子３６は、抵抗器６０を経て接地に接続されている。この場合、マイクロコントローラ１２、１４の一方が、そのポートを高インピーダンスに切り換える一方、他方が高電位を出力することによって、交互に変化する電圧電位をタップ３８に供給することができる。
【００４５】
図８に示す例示的な実施形態は、固定電位ＶＣＣがタップ３８に印加されることを除いて、図７の例示的な実施形態と対応している。後者の２つの例示的な実施形態において、マイクロコントローラは、それぞれの部分インピーダンスに対応する、電位差計３２の両端のそれぞれの対向する部分電圧を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の好ましい例示的な実施形態による電気負荷のフェールセーフシャットダウンのための安全スイッチング装置の簡略化された模式図を示す。
【図２】位置エンコーダのフェールセーフ評価のための新規な装置の第１の例示的な実施形態の簡略化された図を示す。
【図３】図２の装置を、２つの異なる動作状態で示す。
【図４】図２の装置を、２つの異なる動作状態で示す。
【図５】新規な装置の第２の例示的な実施形態を示す。
【図６】新規な装置の第３の例示的な実施形態を示す。
【図７】新規な装置の第４の例示的な実施形態を示す。
【図８】新規な装置の第５の例示的な実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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