(57)【要約】【課題】より柔軟に用いることが可能な信号伝送装置を提供する。【解決手段】安全回路用信号伝送装置は、外部状態変数を受け取るための入力用部分５２と、少なくとも１個のスイッチ素子３４，３６と、制御部３０，３２とを備えている。制御部３０，３２は、少なくとも１個のスイッチ素子３４，３６を外部状態変数の関数として制御するよう設計されており、入力部３８に供給された信号は出力部４２に伝達される。本発明の一実施態様によると、スイッチ素子３４，３６の入力３８側が固定電位、好ましくは固定ハイ電位に内部接続されている。危険な設備を安全に停止するための安全回路において、この様な信号伝送装置が互いに直列に安全制御装置に接続されている。この様な構成において、第２の信号伝送装置の制御部はまた、対応するスイッチ素子を第１の信号伝送装置に応じて制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部状態変数を受け取るための入力用部分（５２）と、
入力部（３８）及び出力部（４２）を有する少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）と、
前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を前記外部状態変数の関数として制御して、前記入力部（３８）に供給された信号を前記出力部（４２）に伝達するよう設計された制御部（３０，３２）とを備え、
前記スイッチ素子（３４，３６）の前記入力部（３８）側が固定電位、好ましくは固定ハイ電位（UB）に内部接続されていることを特徴とする安全回路用信号伝送装置。
【請求項２】
少なくとも１個の入力端、好ましくは冗長安全入力端（６０，６２）を、前記制御部（３０，３２）に供給される外部イネーブル信号（８８，９０）用に有し、前記制御部（３０，３２）はまた、前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を前記イネーブル信号（８８，９０）の関数として制御することを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）の前記出力部（４２）に伝達された前記信号が、前記制御部（３０，３２）に供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号伝送装置。
【請求項４】
前記制御部（３０，３２）が、装置内部の故障状態を検知し、前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を用いてその出力部（４２）にデータメッセージ（９６）を生成するよう設計されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項５】
前記データメッセージがパルスメッセージであることを特徴とする請求項４に記載の信号伝送装置。
【請求項６】
少なくとも２個の冗長スイッチ素子（３４，３６）がそれぞれの入力部（３８）及び出力部（４２）を有し、前記少なくとも２個の冗長スイッチ素子（３４，３６）のそれぞれの入力部には前記固定電位が供給されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項７】
動作電圧（UB）を供給するための入力部（６６）を有し、前記動作電圧は前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）に前記固定電位として供給されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項８】
第１の空間位置と少なくとも１個の第２の空間位置（１６’）との間を移動可能な可動制御素子（１６）、特にトランスポンダを有し、前記外部状態変数は前記制御素子（１６）の現在の空間位置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項９】
前記入力用部分（５２）は、物理的測定変数、特に回転速度、可変電圧、及び／又は可変電流を外部状態変数として取得するよう設計されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項１０】
アクチュエータ（２２，２４）からの外部フィードバック信号を供給するためのフィードバック入力部（６４）を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項１１】
危険な設備（１０）を安全に停止するための安全装置であって、
フェールセーフ方式で当該設備（１０）を停止するよう設計された安全制御装置（２０）と、
互いに直列に前記安全制御装置（２０）に接続されている第１及び少なくとも１個の第２の信号伝送装置（１８ａ，１８ｂ）とを備え、
前記信号伝送装置（１８ａ，１８ｂ）はそれぞれ、
外部状態変数を受け取るための入力用部分（５２）と、
入力部（３８）及び出力部（４２）を有する少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）と、
前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を前記外部状態変数の関数として制御して、前記入力部（３８）に供給された信号を前記出力部（４２）に伝達するよう設計された制御部（３０，３２）とを備え、
各信号伝送装置の前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）の前記入力部（３８）が、固定電位、好ましくはハイ電位に内部接続され、前記第１の信号伝送装置（１８ａ）の前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）の出力（４２）が、前記第２の信号伝送装置（１８ｂ）の前記制御部（３０，３２）に供給され、前記第２の信号伝送装置（１８ｂ）の前記制御部（３０，３２）がまた、前記第２の信号伝送装置（１８ｂ）の前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を前記第１の信号伝送装置（１８ａ）に応じて起動することを特徴とする安全装置。
【請求項１２】
前記第１の信号伝送装置（１８ａ）の前記制御部（３０，３２）に、前記安全制御装置（２０）からイネーブル信号（８８，９０）が供給され、前記第１の信号伝送装置（１８ａ）の前記制御部（３０，３２）はまた、前記第１の信号伝送装置（１８ａ）の前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を前記イネーブル信号（８８，９０）に応じて起動することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
各信号伝送装置（１８ａ，１８ｂ）の前記制御部（３０，３２）は、それぞれ、装置内部の故障状態を検知し、前記少なくとも１個のスイッチ素子（３４，３６）を用いてその出力部（４２）にデータメッセージ（９６）を生成するよう設計されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全回路用信号伝送装置（他名称：センサ、信号発生器）であって、外部状態変数を入力するための入力用部分と、入力部及び出力部を有する少なくとも１個のスイッチ素子と、前記少なくとも１個のスイッチ素子を前記外部状態変数の関数として制御して、入力側に供給された信号を出力側に伝達するよう設計された制御部とを備えた信号伝送装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、危険な設備（施設）を安全に停止するための安全装置であって、フェールセーフ方式で設備を停止するよう設計された安全制御装置と、上記のタイプの第１及び少なくとも１個の第２の信号伝送装置とを備え、前記第１及び少なくとも１個の第２の信号伝送装置は前記安全制御装置に互いに直列に接続されている安全装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
この様な信号伝送装置及び安全回路は、下記特許文献１により公知である。
最近の技術設備、例えば工業生産設備及び組み立てライン、輸送及び搬送設備、並びにジェットコースタの様な娯楽施設等の動作サイクルは、ますます完全自動化により制御されるようになってきている。動作制御装置はこれらの設備のためのセットポイント及びプロセス変数を受け取り、所定の制御プログラムを用いて設備のアクチュエータを動作させる制御信号を生成する。所期の動作サイクル制御に加え、安全面、つまり設備の領域内にいる人間への危険回避に対する関心もいっそう高まっている。例えば、自動化運転を行う設備は、今日一般に、安全フェンス、ライトバリア、フットマット等によって保護される。技術設備に非常停止押しボタンを装備することも一般的であり、これが作動されると、設備（の全体若しくは少なくとも一部）を停止（シャットダウン）するか、又は他の何らかの方法で安全な状態に置くようになっている。この様な安全関連の信号伝送装置は、単に設備を保護する目的にのみ関わる状態信号を発生供給し、通常、設備の「標準的」動作制御によって評価されることはなく、「安全制御装置」用、又はもっと単純なケースでは「安全スイッチ装置」用に提供される。簡略化のため、以下の説明で複雑な安全制御装置と単純な安全スイッチ装置との区別はしない。つまり、「安全制御装置」という用語で、例えば本発明の出願人がＰＮＯＺ（商標）という商標名で販売している単純な安全スイッチ装置と、本発明の出願人が販売している、ＰＬＣ搭載ＰＳＳ（商標）等の複雑な安全制御装置との両方を表す。
【０００４】
しかしながら安全制御装置は、冗長信号処理チャネルや定期セルフテスト等の施策の結果、本質的にフェールセーフ設計されているという点において、「標準的」動作制御装置とは異なっている。標準的動作制御装置もまたある程度、何らかの故障認識及び故障回避策が講じられているものの、これらは通常、いかなる状況下においても設備の安全な停止を保障するには不十分である。「標準的」制御装置及び「標準的」信号伝送装置とから区別するために、本発明は欧州規格ＥＮ９５４−１の少なくともカテゴリ３、好ましくは最高位のカテゴリ４又は同様の安全要求基準に準拠する信号伝送装置並びに該信号伝送装置から構成された安全制御装置及び安全回路に関する。
【０００５】
冒頭で引用した下記特許文献１には、安全フェンス、安全ドア、機械被覆部品、及び同様の安全装置の位置を監視するための「安全スイッチ」、つまり信号伝送装置が開示されている。この様な安全スイッチは、安全ドアの開閉位置をフェールセーフ方式で判定するために用いられる制御素子を有している。これ迄のところ、この様な安全スイッチは実際には、電気機械式に設計されるのが一般的であり、必須機能テスト及び交差接続識別等の故障監視動作は上位安全制御装置によって行われるか、少なくとも上位安全制御装置を用いて行われていた。従って、この様な安全スイッチは安全制御装置と併用した場合にのみ欧州規格ＥＮ９５４−１又はそれと同等の規格に準ずる認可を獲得していた。
【０００６】
安全スイッチそのものにより上位の安全カテゴリが認められるよう、下記特許文献１は、安全論理を安全スイッチに組み込むことを提案しているが、この手法はライトバリア、ライトカーテン、及び他の「高機能（インテリジェント）」信号伝送装置によって既に知られている。前記実施形態では、提案された安全スイッチが２個の互いに冗長な電子スイッチ素子を有し、電子スイッチ素子はフェールセーフな制御部によって作動される。これら電子スイッチ素子には外部イネーブル信号がループスルーされ、外部イネーブル信号は最終的に上位安全制御装置に供給される。よって、制御部が監視下にある設備を安全な状態に置く必要があるとの信号を安全制御装置に送ることによって、イネーブル信号を抑制することができる。また、互いに直列に接続された複数の安全スイッチにイネーブル信号をループスルーさせ、個々の安全スイッチがイネーブル信号を抑制できるようにすることも可能である。
【０００７】
この様な信号伝送装置を備えた直列回路はこれ迄ずっと、電気機械式の信号伝送装置を用いて実現されてきた。この様な場合、イネーブル信号は安全制御装置によって生成され、個々の信号伝送装置の、直列接続されたリレー接点を介してループバックされる。
下記特許文献１に開示された安全スイッチ設計は、比較的多数の信号伝送装置が互いに直列に安全制御装置に接続されている場合でも、上位安全制御装置の迅速な反応を可能とする。他方、イネーブル信号をループスルーさせることによって、直列接続された信号伝送装置の最大限の空間的分布が制限される。更に、上位安全制御装置の視点から見ると、制御素子における状態変化（安全ドアの開放等）が原因にせよ、内部検知された故障状態が原因にせよ、信号伝送装置の内のいずれかがイネーブル信号を抑制すると、直列構成全体が「機能しない状態」となってしまう。従って、前述の安全スイッチの柔軟性及び性能は、対応するリレーベースの信号伝送装置によってこれ迄ずっと実現されてきた柔軟性及び性能を超えるものではない。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１３６３３０６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００１６７１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この様な背景の下に、本発明は、冒頭で述べたタイプの信号伝送装置であって、特に直列構成において、より柔軟に用いることが可能な信号伝送装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、この様な信号伝送装置を備えた直列構成を有し、信号伝送事象に、より柔軟に反応することが可能な安全回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面によると、これらの目的は冒頭で述べたようなタイプの信号伝送装置であって、スイッチ素子の入力部が固定電位、好ましくは固定ハイ電位に内部接続されている信号伝送装置によって達成される。
本発明の目的はまた、対応する安全回路であって、各信号伝送装置中の少なくとも１個のスイッチ素子の入力部が固定電位に内部接続され、第１の信号伝送装置の少なくとも１個のスイッチ素子の出力も第２の信号伝送装置の制御部に供給され、第２の信号伝送装置の制御部が第２の信号伝送装置の少なくとも１個のスイッチ素子を第１の信号伝送装置に応じて起動する、対応する安全回路によっても達成される。
【００１０】
回路的見地から、新規な信号伝送装置はこの様に、イネーブル信号をもはや少なくとも１個のスイッチ素子にループスルーさせていないという点において、上記特許文献１により公知の安全スイッチとは異なっている。むしろ、イネーブル信号は各信号伝送装置において繰り返し生成される。しかしながらこの場合、下流側の第２の信号伝送装置の制御部は直列回路においてその上流側に位置する信号伝送装置からの出力信号を考慮に入れる。この様に、複数の信号伝送装置を介したイネーブル信号のループを再生することは簡単であるため、上位の安全制御装置の側からは何ら見分けがつかない。一方、直列配置された個々の信号伝送装置は、上流側の信号伝送装置がイネーブル信号を抑制した場合でも「機能しない状態」にはならない。本発明によって特に、下流側の信号伝送装置は次の信号伝送装置及び／又は上位の安全制御装置にデータメッセージを送ることができるようになり、これによって安全回路全体は、より柔軟に反応することが可能となる。この様な状況下でデータメッセージは、好ましい実施形態を参照して以下に示される様に、既存の接続を用いて送信可能である。すなわち、柔軟性が高められる一方で、配線の複雑さは軽減される。
【００１１】
しかも、各信号伝送装置は回路設計が新しくなった結果としてリピータ機能を果たし、そのため、互いに直列配置された信号伝送装置間の距離を大きく広げることができる。これによって、より柔軟性の高い設備プランニングが可能となる。信号伝送装置の新規機能により、直列配置された各信号伝送装置が上流側の信号伝送装置とは無関係に伝送信号をその出力に生成することができ、よってグループ単位でオフにすることも簡単である。
【００１２】
従って、上記の目的は完全に達成される。
ある改良形態において、新規な信号伝送装置は少なくとも１個の入力端、好ましくは冗長安全入力端を、制御部に供給される外部イネーブル信号用に有し、制御部はまた、少なくとも１個のスイッチ素子をイネーブル信号の関数として制御する。好ましい安全回路において、イネーブル信号は安全制御装置から第１の信号伝送装置に供給される。
【００１３】
この改良形態では、新しく得られた柔軟性が有効利用される。既述のリピータ機能は、新規な信号伝送装置がこの様な改良無しでも公知の信号伝送装置より有利であることを示しているが、制御部に外部から供給されるイネーブル信号を考慮するだけで、新規な信号伝送装置では、その外部で起こる事象それぞれに対して個別に反応することができるようになる。
【００１４】
更に他の改良形態において、少なくとも１個のスイッチ素子の出力部に伝達される信号は、信号伝送装置の制御部に供給される。
別の言い方をすると、スイッチ素子からの出力信号（よって少なくとも間接的には信号伝送装置の出力信号）は制御部にフィードバックされる。
従って、制御部は装置内部の故障状態を検知することが可能である。この様な特徴は元々、上記特許文献１により公知であり、ライトバリアや他の「高機能」信号伝送装置及び安全スイッチ装置によってもずっと以前から知られている。しかしながら、直列配置された各信号伝送装置がその上流側の信号伝送装置の状態と無関係に内部の故障状態を送ることができることから、この改良の利点は本発明に基づいて初めて十分な効果を奏するものである。
【００１５】
更に他の改良形態において、信号伝送装置の制御部は、装置内部の故障状態を検知し、少なくとも１個のスイッチ素子を用いてその出力側にデータメッセージを生成するよう設計されている。
これによって、新規な信号伝送装置が診断データを既存の信号接続を介して上位安全制御装置に送信することが可能となる、つまり診断データを送信するために別途接続や信号ラインを設ける必要がなく、特に有利である。従って、信号伝送装置の場合においても、安全制御装置の場合においても配線が単純となり、別途接続を設けるための物理的スペースやコストを省くことができる。
【００１６】
好ましい改良形態において、データメッセージはパルスメッセージであり、よって制御部は少なくとも１個のスイッチ素子のオンオフ切り替えをパルス様に行う。
この様に、情報コンテントが数ビットのメッセージを安価かつ可変に既存の信号ラインで送信することができる。これによって、非常に詳細な診断情報を効率良く送ることが可能となる。この様な改良によってまた、信号伝送装置と関連づけられたアドレスを簡単に上位制御装置に送ることが可能となる。これは、安全制御装置が直列回路の各信号伝送装置を個別に識別できることを示している。
【００１７】
更に別の改良形態において各信号伝送装置は、それぞれが入力部及び出力部を有する少なくとも２個の冗長スイッチ素子を有し、少なくとも２個の冗長スイッチ素子のそれぞれの入力部には固定電位が供給される。
この改良形態は元々安全制御装置によって公知であるが、本発明と組み合わせることで、スイッチ素子のいずれかが内部の故障状態の原因である場合でも、信号伝送装置はその故障状態を既存の信号ラインを用いて上位安全制御装置に通知できるという利点が得られる。安全上の理由で公知の安全スイッチ装置に通常備えられる冗長性はこの様に、高度の有用性をもたらす。
【００１８】
更に別の改良形態において、信号伝送装置は動作電圧を供給するための入力部を有し、動作電圧は少なくとも１個のスイッチ素子に固定電位として供給される。
この改良は、新規な信号伝送装置が有する前述のリピータ機能の点で特に有利である。その入力部が動作電圧に接続された少なくとも１個のスイッチ素子によって、複数の信号伝送装置間の長い距離を簡単につなぐことができる。
【００１９】
更に別の改良形態において信号伝送装置は、第１の空間位置と少なくとも１個の第２の空間位置との間を移動可能な可動制御素子を有し、外部状態変数は現在の空間位置である。特に好ましい改良形態において、制御素子はトランスポンダである。
この改良形態において、新規な信号伝送装置は好ましくは安全ドアスイッチ、非常停止押しボタン、リミットスイッチ若しくは位置スイッチ、フットマット用センサ、又は手動動作開始若しくは指令押しボタンである。この場合、制御素子は信号伝送装置に一体に組み込まれてもよく、また例えば安全ドアスイッチの場合にしばしば見受けられるように、信号伝送装置と別体に構成してもよい。制御素子は光学式、誘導式、容量式、又は他の方式で信号伝送装置に連結する（リンクさせる）ことができる。この改良は、信号伝送装置が比較的単純な構成要素であって、これ迄のところそれ自体が信号処理を行うことはほとんどなかったことから好ましい。従って、これらの信号伝送装置の場合、機能範囲が拡大されていることが明白であり、特に有利である。しかも、信号伝送装置はいかなる安全制御装置をも介在させることなく、それ自体の出力を用いてアクチュエータを起動するため、本発明をこの様な「単純な」信号伝送装置に用いることで、上位の安全制御装置をより小規模な用途に余剰的に利用することが可能となる。
【００２０】
従って、別の改良形態において、信号伝送装置が外部フィードバック信号をアクチュエータから供給するためのフィードバック入力を有していることが好ましい。
よって、この改良形態における信号伝送装置は従来別機能であった「状態変数の記録」（センサ）と「設備の電源停止」（信号処理）とを併せて実現する。従って、より小規模な安全関連用途を非常に安価に実施することが可能となる。
【００２１】
別の改良形態において、入力部は物理的測定変数、特に回転速度、電圧、及び／又は電流を外部状態変数として取得するよう設計されている。
この様な状態変数を受け取るためのセンサは、通常制御キャビネットに設置され、一方、非常停止押しボタン、リミットスイッチ又は位置スイッチ、安全ドアスイッチ、及び同様の信号伝送装置は、通常設備に設置されている。しかしながら、上述の利点を同様に、この様な信号伝送装置としての測定センサに移用することも可能である。例えば、複数の回転速度モニタを前述の方式で直列接続して、複数の可動シャフトを安価に監視することも可能である。
【００２２】
言うまでもなく、上述、及び以下に説明される特徴を、それぞれ示した組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせにおいても、また単独でも本発明の範囲から逸脱することなく用いることが可能である。
本発明の実施形態は図面に示され、以下、より詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１において、参照符号１０は本発明を用いて保護される設備全体を示している。
この構成において、設備１０はロボット１２を備え、ロボット１２の自動化された動きはその可動領域に居る人間（図示せず）に危害を加える可能性がある。よって、従来から知られているように、ロボット１２の可動領域は安全ドア１４及び安全フェンスを用いて保護されている。安全ドア１４には制御素子１６が搭載されている。安全ドア１４が閉鎖された時、安全ドア１４が設けられた定置（固定）フレームには安全スイッチ１８、つまりより一般的には本発明に基づく信号伝送装置の定置部が設けられている。安全スイッチ１８は複数のラインを介して安全制御装置２０に接続されている。安全制御装置２０の出力は、互いに接触することによりロボット１２への電力供給２６を中断することが可能な２個の接触器２２，２４を制御する。
【００２４】
設備１０は、ここでは概略的に示されている。当業者に公知の通り、安全ドア１４には通常、少なくとも２個の安全スイッチ１８と適切な制御素子１６とが装備されており、一方の安全スイッチはその操作をより困難なものとするため、往々にして隠蔽された形態で配置されている。この種の設備１０はこれらに加えて、非常停止押しボタン又は更なる安全ドアスイッチ（図示せず）を包んでいる場合が多い。また、ここでは簡略化のため、ロボット１２用の標準的動作制御装置の図示を省略している。安全ドアが開いている場合に制限つきの動作が行われるよう、１個以上の回転速度モニタ（図示せず）をロボットの駆動装置及び／又は可動シャフトに接続することも可能である。
【００２５】
単純なケースでの安全制御装置２０は、例えば本発明の出願人がＰＮＯＺ（商標）という商標名で販売している安全スイッチ装置であってもよい。ただし、設備１０を保護するために安全関連の信号伝送装置が数多く必要な場合には、本発明の出願人がＰＳＳ（商標）という商標名で販売している、もっと複雑な安全制御装置を使用する方が有利である。少なくとも後者の場合、安全制御装置２０は通常、フィールドバス接続と、標準的動作制御装置（図示せず）及び／又は上位マスターコンピュータと交信するための更なるインターフェースとを有する。
【００２６】
図２に示す好ましい実施形態において、安全スイッチ１８は２個の冗長チャネル構成で設計されている。従ってこの場合、安全スイッチ１８は２個の冗長マイクロコントローラ３０，３２を有しており、これら２個の冗長マイクロコントローラ３０，３２は、それらの間に描かれた双頭矢印が示す様に、互いを監視し合う。好ましい例示の実施形態では、マイクロコントローラは種類が異なる。つまり、制御スイッチ１８はダイバーシティ構成で設計されている。
【００２７】
参照符号３４，３６はそれぞれ２個の電子スイッチ素子を示している。この場合、それらは電界効果型トランジスタとして示されている。ただし、バイポーラトランジスタや、他のスイッチ素子、好ましくは電子スイッチ素子を代わりに用いることも可能である。
スイッチ素子３４の制御接続部（ゲート）は、マイクロコントローラ３０に接続されている。入力部３８(ソース)はライン４０に接続されており、安全スイッチ１８の動作中、ライン４０から動作電圧ＵＢが入力３８部に供給される。出力部４２（ドレイン）は、安全スイッチ１８が外部接続され得る接続部４４に接続されている。よって、スイッチ素子３４の出力部４２からは安全スイッチ１８の出力信号が生成される。
【００２８】
第２のスイッチ素子３６は、その制御接続部(ゲート)がマイクロコントローラ３２に接続されている。その入力部３８は同様に、ライン４０を介して動作電圧ＵＢレベルにされている。その出力４２は、安全スイッチ１８の第２の出力接続部４６に供給される。
スイッチ素子３４，３６それぞれの出力４２側の信号は、２個の分圧器４８，５０を介してマイクロコントローラ３０，３２にフィードバックされる。これは、マイクロコントローラ３０，３２がスイッチ素子３４，３６のそれぞれのスイッチ状態を監視できることを示している。
【００２９】
参照符号５２は、マイクロコントローラ３０，３２が制御素子１６の現在の状態、つまりこの場合はその空間位置、を判定するために用いる入力用部分を示している。ここで示した好ましい実施形態において、制御素子１６は、信号生成回路５４及び送受信コイル５６を有するトランスポンダである。信号生成回路５４は個々のコード５８を記憶している。入力用部分５２は送受信コイル（ここでは記号のみで図示されている）を有していて、要求信号を送信するために用いる。トランスポンダ１６が入力用部分５２に近づく（安全ドア閉鎖）と直ちに、制御素子１６の信号生成回路５４が起動される。制御素子１６は次に、記憶されたコード５８を入力用部分５２に返送する。入力用部分５２において、コード５８は受信信号から復調され、マイクロコントローラ３０，３２によって使用可能な状態とされる。
【００３０】
一方、安全ドア１４が開いている場合、制御素子１６は図２の位置１６’に示される様に、入力用部分５２の送受信範囲外にある。この場合、制御素子１６と入力用部分５２との間に交信は起きない。マイクロコントローラ３０，３２は、したがってコードを受け取らず、それによって安全ドア１４が開いていると解釈される。ゆえに、第２の安全ドアスイッチ又は少なくとも１個の第２の制御素子（図示せず）が設けられている場合には、制御素子１６又は入力用部分５２の故障状態を識別することも可能である。
【００３１】
他の実施形態において、入力用部分５２を別の種類の制御素子用に設計することも可能である。この場合、制御素子を安全スイッチ１８と一体化してもよい。例えば、安全スイッチ１８を非常停止押しボタン５２として設計することも可能であり、その場合、制御素子は押しボタンのストライカとして設計される。他の実施形態において、入力用部分５２は機械可動式制御素子の現在位置を判定するための、誘導式、容量式、光学式、又は他の方式のセンサを備えている。更に本発明は基本的に、少なくとも二つの状態間で変化するライトバリアや他の信号伝送装置に適用可能である。以下、図５を参照して詳述する通り、他の実施形態において、入力用部分は物理的状態変数を測定することによって検知するよう設計されている。
【００３２】
この場合、安全スイッチ１８の入力側には、それぞれ安全入力端として構成され、２個のマイクロコントローラ３０，３２に冗長接続された、３個の接続部６０，６２，６４が設けられている。接続部６０乃至６４は、外部イネーブル信号をマイクロコントローラ３０，３２に冗長供給するために使用できる。それ以外にも、動作電圧ＵＢを供給するための接続部６６と、接地接続部６８とが従来公知の方法で設けられている。前述の接続部がそれぞれ、安全スイッチ１８のハウジング７０の外部において接触可能であることは言うまでもない。
【００３３】
図３において参照符号８０は、前述の安全スイッチ１８を２個備えた安全回路全体を示している。それ以外は、同一の参照符号が前述した要素と同様の要素を示している。２個の安全スイッチは区別のために、それぞれ１８ａと１８ｂとで示されている。
安全スイッチ１８ａは、その端子６０，６２が安全制御装置２０の出力に接続されている。好ましくは、これらはそれぞれ、周波数及び／又は位相の異なる２つのクロック信号を発生する安全制御装置２０の「クロック出力」である。そのため、安全スイッチ１８ａ及び（図示しないフィードバックによって）安全制御装置２０の両方において交差接続を識別することが可能である。また、安全スイッチ１８ａは端子６６，６８が動作電圧ＵＢに接続されるているか、接地されている。出力側では、安全スイッチ１８ａの端子４４，４６が下流側安全スイッチ１８ｂの端子６０，６２に配線されている。従って、２個の安全スイッチ１８ａ，１８ｂはそれぞれ直列に配置されている。図示された構成において、安全スイッチ１８ｂには安全スイッチ１８ａからの動作電圧が入力される。あるいは、安全スイッチ１８ｂが動作電圧ＵＢ用の別の供給源に接続されていてもよい。
【００３４】
安全スイッチ１８ｂからの２個の出力信号、すなわち端子４４，４６の信号は安全制御装置２０の安全入力端に供給される。安全制御装置２０の出力は、電源２６と、電源を停止すべき駆動装置８２、例えばロボット１２のサーボ駆動装置との間に接続されている。更に、ここで模式的に示すように、安全制御装置２０がフィールドバス８４を介してロボット１２用の動作制御装置８６及び／又は上位マスターコンピュータと接続されている。安全スイッチ１８ａ，１８ｂの制御素子は、簡略化のため図3には図示されていない。
【００３５】
制御回路８０は、以下の様に動作する。
起動後、安全制御装置２０はその出力に２個のクロック信号８８，９０を発生し、イネーブル信号として安全スイッチ１８ａに供給する。安全スイッチ１８ａのマイクロコントローラ３０，３２は入力用部分５２を用いて対応する制御素子の現在の状態を監視する。制御素子が入力用部分５２の近傍にあり、イネーブル信号８８，９０が正常に受信された場合、マイクロコントローラ３０，３２はスイッチ素子３４，３６を用いて、イネーブル信号８８，９０の再生信号である２個の出力信号を生成する。ただし、これら２個の出力信号は、例えば周波数においてクロック信号８８，９０とは異なっていてもよい。第２の制御スイッチ１８ｂは再生イネーブル信号を受信し、同様に安全ドアが閉鎖されておりかつ動作が正常であると判断した場合には、その出力側においてもイネーブル信号を再生する。安全制御装置２０は再生イネーブル信号を信号ライン９２，９４を介して受信する。
【００３６】
対応する安全ドアが開いていること、すなわち対応する制御素子が状態変化したことを安全スイッチ１８ａが検知すると、マイクロコントローラ３０，３２はスイッチ素子３４，３６を開放する。その結果、下流側安全スイッチ１８ｂはもはや再生イネーブル信号を受信しない。この事は、安全スイッチ１８ｂのマイクロコントローラによって識別され、スイッチ素子３４，３６がオフになっていることにより、安全制御装置２０に通知される。安全制御装置２０は次いで、駆動装置８２の電源を切る。
【００３７】
安全スイッチ１８ａが故障状態、例えば入力若しくは出力接続における交差接続、スイッチ３４，３６の一方の故障、又は他の何らかの故障状態を検知すると、同様の信号の流れが起こる。安全スイッチ１８ａ，１８ｂ及び安全制御装置２０のマイクロコントローラ全てに記憶されている短い待機時間の後、安全スイッチ１８ａはスイッチ３４，３６の少なくとも一方をパルス様に閉じ、開き直すことによって、その出力ラインの少なくとも一本にデータメッセージ９６を生成する。下流側安全スイッチ１８ｂはこのデータメッセージを受け取り、受け取ったデータメッセージを同様に安全制御装置２０に送る。必要に応じて、下流側安全スイッチ１８ｂは更なる情報をデータメッセージ９６に組み込んでもよい。
【００３８】
ある実施形態において、データメッセージ９６は非対称シリアルインターフェースで生成される場合の様に生成される。すなわち、データメッセージ９６は所定のスタートビットで始まり、所定のストップビットで終わる。その間には、任意又は所定の数のデータビットが存在する。別の実施形態において、各データメッセージ９６は所定のパルス幅を有する所定の数のパルスを含んでいる。個々のパルスの有意性は、安全スイッチ１８と安全制御装置２０との間で規定されたプロトコルによって定まる。
【００３９】
同様に、安全スイッチ１８ｂは自らが故障状態を発見した場合には、別のデータメッセージ９６を生成する。公知の構成とは異なり、安全スイッチ１８ｂは、安全スイッチ１８ａのスイッチ素子３４，３６に対する開閉状態と無関係にデータメッセージを生成することができる。
ある好ましい実施形態において、安全スイッチ１８ａ，１８ｂからのデータメッセージは、上位安全制御装置２０への情報通知を希望する安全スイッチを識別するためのアドレス情報を含んでいる。安全スイッチ１８ａ，１８ｂには、様々な方法でそれぞれのアドレスを割り当てることが可能である。例えば、各制御スイッチ１８ａ，１８ｂには、対応するアドレスが設定される多段アドレス選択スイッチ（図示せず）を設けてもよい。他の実施形態において、安全スイッチ１８ａ，１８ｂはそれぞれ対応する制御素子１６のコード５８をアドレスとして用いている。
【００４０】
別の実施形態では、安全回路８０の起動後の初期化モードで、直列接続された安全スイッチ１８ａ，１８ｂにアドレスが割り当てられる。このアドレス割り当てを行うための好ましい方法を、図４を参照して示す。
図４はこの初期化モードのための信号図である。最上部のパルス列１００は安全回路８０の全構成要素に対してオン状態となっている動作電圧ＵＢである。参照符号１０２は安全制御装置２０の第１のクロック出力における信号、すなわちライン８８上の信号を示す。参照符号１０４は安全制御装置２０の第２のクロック出力における信号、すなわちライン９０上の信号を示す。動作電圧ＵＢがオンされると、第１の安全スイッチ１８は固定（持続）ハイ信号をその入力端６０で受信し、単一パルスをその入力端６２で受信する。第１の安全スイッチ１８は単一パルスを識別すると直ちに、その接続部６０（固定ハイレベル）に供給された信号をその出力４４側に再生する（参照符号１０６）。待機期間Ｔの後、参照符号１０８によって示される様に、その出力４６は次いで２個のパルスを生成する。待機期間Ｔは、更にパルスが入力で受信されているかどうかを識別するために用いられる。
【００４１】
第２の安全スイッチ装置１８ｂは、その入力端６０，６２において信号１０６，１０８を受信し、その出力４４，４６側において受信した信号をそれぞれ再生する。その間、第２の安全スイッチ装置１８ｂは、接続部６２で受信した単一パルス１０８に更なる単一パルスを加える。よって、第２の制御スイッチ１８ｂの出力は参照符号１１０，１１２によって示されるパルス列を生成することになる。同様に、更なる安全スイッチ装置１８ｃ，１８ｄ等（図３に図示せず）が設けられている場合は、固定ハイ信号を１本の信号ライン（参照符号１１４）に再生し、パルス列を第２の信号ラインに再生し、また各安全スイッチがパルス１個分だけパルス列を増加させることとなる。
【００４２】
この連鎖の終端において、安全制御装置２０は参照符号１１４，１１６によって示される信号を受信する。信号１１４から、安全制御装置２０はチャネルＡの配線が正しいことを識別する。パルス列１１６から、安全制御装置２０はチャネルＢの配線が正しいことを識別する。更に安全制御装置２０は、直列配置された安全スイッチ１８ａ，１８ｂ等の数をパルスの数（から１をひいた数）から求めることができる。同様に、各安全スイッチ１８ａ，１８ｂはそれぞれのアドレスを、受信したパルスの数から識別することができる。こうして、安全回路８０がオンになると、各アドレスを、直列配置された個々の安全スイッチに自動的に割り当てることができる。安全回路８０が後に変更された場合は、電源再投入の際、自動的に実現される構成に、正しいアドレス割り当てが新たに行われることとなる。
【００４３】
ここで、新規な信号伝送装置の柔軟性は、これまで説明されていない入力端子６４によって更に高められる。この端子は外部フィードバック信号を安全スイッチ１８に供給するために使用することができる。これは例えば、安全スイッチ１８が単独で、つまりこれまでこの目的で用いられてきた適当な安全スイッチ装置又は安全制御装置無しに、ポジティブガイド接点を有する接触器を起動することができる、ということを示している。接触器の、ポジティブガイドブレーク接点は、安全スイッチ１８のフィードバック入力６４側にまで配線されていればよい。
【００４４】
他の実施形態において示される、安全スイッチ１８等の信号伝送装置は更に、始動信号を供給するための入力端子を有している。これによって、従来一般的であった安全制御装置無しに設備を監視下で再始動させることも可能となる。
しかも、信号伝送装置１８の動作モードは、例えば上記特許文献２において説明されているように、入力端子６４を介して設定することが可能である。更に、様々なトランスポンダコードを用いてパラメータを外部から設定することも可能である。
【００４５】
図５は新規な信号伝送装置１００を回転速度モニタとして用いる実施形態を示している。同図において、同一の参照記号は前述と同じ要素を示している。
この信号伝送装置１００は、入力用部分１０２に関して図２の信号伝送装置１８と本質的に異なっている。この場合、入力用部分１０２は入力用部分５２と異なり、回転速度を測定記録するよう設計されている。本実施形態においては、入力用部分１０２が回転駆動装置１０４からモータ電圧を取り出して、取り出したモータ電圧をその周波数について評価するため、回転速度の記録はセンサー無しで行われる。ある実施形態では特に、信号伝送装置１００がゼロ速度モニタ、つまり回転速度がゼロとなってそのまま保持される時点を監視するモニタとして構成される。これは、安全関連用途のゼロ速度モニタによって従来知られているように、入力用部分１０２が減速回転駆動装置１０４によって生成される発電機電圧を取り出し、監視することによって実現可能である。
【００４６】
他の実施形態において、入力用部分１０２は電圧、電流、又は別の物理的変数を測定記録し、マイクロコントローラはスイッチ素子３４，３６を記録された変数、特に所定のセットポイント値を用いて記録された変数に基づいて制御する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に基づく信号伝送装置が保護目的で使用される設備の概略図である。
【図２】前記新規な信号伝送装置の実施形態の模式図である。
【図３】図２に示すタイプの信号伝送装置を２個、直列構成で有する安全回路を示している。
【図４】図3に示す様な安全回路を初期化するための信号プロファイルを示すタイミング図である。
【図５】新規な信号伝送装置の他の実施形態を示している。
【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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【国際調査報告】
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