(57)【要約】【課題】より低コストで製造することができ、かつ物理的に小型である安全スイッチング装置を提供する。【解決手段】電気負荷部の安全な切断用の安全スイッチング装置は、信号装置２０を接続するための少なくとも１つの入力部３８、４０を有する。安全スイッチング装置は、さらに、評価制御ユニット８２と、負荷部への電力供給路を遮断するために評価制御ユニット８２によって制御することができる少なくとも１つのスイッチング素子５６、５８とを有する。評価制御ユニット８２は、少なくとも１つのスイッチング素子５６、５８の少なくとも１つのスイッチング機能をチェックするために、所定の時点に機能試験を実行するように設計されている。信号装置２０を接続するための少なくとも１つの入力部３８、４０は、少なくとも１つのスイッチング素子５６、５８の作動に必要とされる供給電圧４２を供給するための入力部として設計されていてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的負荷部（２４、２６）、特に自動化設備における電気負荷部（２４、２６）の安全な切断用の安全スイッチング装置であって、
信号装置（１６；２０）を接続するための少なくとも１つの入力部（３８、４０）と、
評価制御ユニット（８２）と、
前記負荷部（２４、２６）への電力供給路を遮断するために前記評価制御ユニット（８２）によって制御することができる少なくとも１つスイッチング素子（５６、５８）と
を含み、
前記評価制御ユニット（８２）は、前記少なくとも１つのスイッチング素子（５６、５８）のスイッチング機能をチェックするために、所定の時点に機能試験（１２０、１２２）を実行するように設計されており、
前記信号装置（１６；２０）を接続するための前記少なくとも１つの入力部（３８、４０）が、さらに、前記少なくとも１つのスイッチング素子（５６、５８）の作動に必要とされる供給電圧（４２）を供給するための入力部として設計されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの入力部（３８、４０）が、さらに、前記評価制御ユニット（８２）の作動に必要とされる供給電圧（４２）を供給するように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の安全スイッチング装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスイッチング素子（５６、５８）用の供給電圧（８４）と、前記評価制御ユニット（８２）用の供給電圧とを互いに切り離すように設計されている切り離し回路網（９４）を含むことを特徴とする請求項２に記載の安全スイッチング装置。
【請求項４】
前記切り離し回路網（９４）が、前記評価制御ユニット（８２）用の前記供給電圧に対して、前記少なくとも１つスイッチング素子（５６、５８）用の前記供給電圧（８４）を遅延させるために、第１の遅延素子（８６、９５）を含むことを特徴とする請求項３に記載の安全スイッチング装置。
【請求項５】
前記供給電圧（４２）が戻るときはいつでも、前記評価制御ユニット（８２）を所定の開始状態にリセットするように設計されているリセット回路（８８）を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【請求項６】
前記評価制御ユニット（８２）が、単一チャンネルの評価制御ユニットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【請求項７】
前記評価制御ユニット（８２）が、前記所定の時点において、特に、前記負荷部（２４、２６）への前記電力供給路を閉じる前に、前記機能試験（１２０、１２２）を実行するように設計されているマイクロコントローラを含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【請求項８】
前記供給電圧（４２）の印加から測定される所定の時間間隔にわたって、前記評価制御ユニット（８２）と前記少なくとも１つスイッチング素子（５６、５８）との接続を遮断するように設計されている第２の遅延素子（９６）を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【請求項９】
前記負荷部（２４、２６）への前記電力供給路を冗長的に遮断するために互いに直列に配置された少なくとも２つのスイッチング素子（５６、５８）を含み、
前記評価制御ユニット（８２）が、前記少なくとも２つのスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子（５６）用に、第１の動的な制御信号（１００）を生成し、かつ、前記少なくとも２つのスイッチング素子のうちの第２のスイッチング素子（５８）用に、第２の、特に静的な制御信号（１０４）を生成するように設計されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのスイッチング素子（５６、５８）が、少なくとも２つの相互に二者択一のスイッチング路（６６、６８）を有する切り替えスイッチであり、第１のスイッチング路（６６）が、前記負荷部（２４、２６）への前記電力供給路内に位置し、第２のスイッチング路（６８）が、モニタリングユニット（７８）に至っていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の安全スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的負荷部、特に自動化設備における電気負荷部の安全な切断用の安全スイッチング装置であって、信号装置を接続するための少なくとも１つの入力部と、評価制御ユニットと、前記負荷部への電力供給路を遮断するために前記評価制御ユニットによって制御することができる少なくとも１つのスイッチング素子とを含み、前記評価制御ユニットは、前記少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング機能をチェックするために、所定の時点に機能試験を実行するように設計されている装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一例として、このような安全スイッチング装置は、下記特許文献１から知られている。
本発明による安全スイッチング装置は、例えば、技術設備または技術装置が運転者に対する危険を引き起こすのを防止するために必要であるときに、設備または装置を完全にまたは部分的に停止するのに使用される。安全スイッチング装置は、緊急時オフ・ボタン、ガード・ドア・スイッチまたは光バリアなど、１つまたはそれ以上の信号装置を接続する１つまたはそれ以上の端子を入力側に有する。出力側には、安全スイッチング装置は、設備または装置への電力供給路を遮断するのに使用することができる少なくとも１つのスイッチング素子を有する。評価制御ユニットは、一般的に、接続信号装置を含む安全回路全体をモニタ（監視）し、妥当である場合には、安全な切断を開始するために使用されている。
【０００３】
理解されるように、安全スイッチング装置の技術的複雑さは、個々の安全要件が厳しくなるにつれて高まっている。一例として、本発明による安全スイッチング装置は、安全スイッチング装置出力側のスイッチング素子が故障したときでも、設備または装置を運転停止することができなければならない。継電器（リレー）の場合、例えば、継電器を開くことができないように、接点を溶接してもよい。トランジスタは、故障して、その結果、負荷部への電力供給路の遮断を妨げる短絡を引き起こすおそれがある。上記のような不具合に対処するために、安全スイッチング装置は、一般的に、例えば、１つのスイッチング素子が故障した場合、直列に配置された冗長性スイッチング素子が電力供給路を遮断することができるように、複数のチャンネルの冗長性を施して設計されている。しかしながら、冗長的な実施態様自体は、それぞれのチャンネルの適切な作動が定期的に検査されない限り、絶対的なフェールセーフ性を保障しない。
【０００４】
初めに引用した下記特許文献１では、出力側のスイッチング素子が負荷部への電力供給路をまだ遮断することができるか否かチェックするために、運転中に定期的な切断試験を実行する評価制御ユニット（同文献では信号処理部という）を有する安全スイッチング装置が開示されている。評価制御ユニットは、安全スイッチング装置の信号処理部の起こり得る不具合に対処するために２チャンネルの冗長性を施して設計されている。
【０００５】
２チャンネル冗長性を施した安全スイッチング装置の別の例が、下記特許文献２によって開示されている。この場合も、評価制御ユニットは、入力側の信号装置を比較およびモニタしてスイッチング素子を駆動させるが、２チャンネルの冗長性を施して設計されている。
上記２つの公知の安全スイッチング装置は、欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリー３および更にはカテゴリー４の要件、またはＩＳＯ  １３８４９−１もしくはＩＥＣ  ６１５０８による類似の安全要件に準拠する実施態様の代表的な例である。しかしながら、公知の安全スイッチング装置の支配的に冗長的な設計は、複雑かつ高価である。
【０００６】
本発明の出願人は、負荷部への電力供給路を遮断するために、冗長的な継電器接点（互いに直列に接続）を出力側に有する緊急時オフスイッチング装置をＰＮＯＺ（登録商標）Ｘ１として販売している。しかしながら、これとは別に、ＰＮＯＺ（登録商標）Ｘ１は、特別な診断能力なしの単一チャンネル装置である。したがって、追加処理がされていないため、ＰＮＯＺ（登録商標）Ｘ１は、ＥＮ９５４−１による安全カテゴリー２までの用途に限って承認されている。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３  ２５  ３６３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００  １１  ２１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような背景において、本発明の目的は、少なくとも欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリー２の要件（または類似の安全要件）に準拠することが可能であるが、これらの要件に準拠する過去の安全スイッチング装置よりも低コストで製造することができ、かつ物理的に小型である、冒頭で言及したタイプの安全スイッチング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの局面によれば、この目的は、信号装置を接続するための少なくとも１つの入力部が、さらに、少なくとも１つのスイッチング素子の作動に必要とされる供給電圧を供給するための入力部として設計されている、冒頭で言及したタイプの安全スイッチング装置によって達成される。
新規な本安全スイッチング装置は、したがって、信号装置を接続するための入力部が、少なくとも１つのスイッチング素子の作動に必要とされる供給電圧を供給するための入力部でもある点において区別される。したがって、信号装置は、信号装置が操作されるときに少なくとも１つのスイッチング素子の供給電圧も自動的に遮断されるように、新規な本安全スイッチング装置に接続されている。これは、信号装置の作動時に開状態である１つまたはそれ以上のブレーク接点をもつ信号装置については、非常に容易に実施することができる。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、電位に関係する出力信号を生成する信号装置について実施してもよい。
【０００９】
新規な本安全スイッチング装置の場合、少なくとも１つのスイッチング素子用の情報（信号装置からのメッセージ信号）および電力は、同時にかつ同じ経路で渡される。少なくとも１つのスイッチング素子に対して供給電圧がないことは、安全要件が既に発生しているという情報と同一である。これとは対照的に、相対的に厳しい安全カテゴリーに準拠する一部の従来の安全スイッチング装置における出力側のスイッチング素子の供給電圧は、出力側のスイッチング素子用の供給電圧とは別個に伝送される。情報（信号装置からのメッセージ信号）および電力は、この場合、互いに別個に伝送されることから、対応する情報（信号装置からのメッセージ信号）があるとすぐに、負荷部への電力供給路の遮断を確保する相対的に複雑な評価制御ユニットが必要とされる。メッセージ信号の評価は安全上に極めて重要なタスクであることから、公知の安全スイッチング装置の評価制御ユニットは、一般的に、多重チャンネルの冗長性を有するように設計されている。この複雑性は、新規な本安全スイッチング装置には不要であり、したがって、新規な本安全スイッチング装置は、かなりコスト効率を高くして製造することができる。
【００１０】
一方、新規な本安全スイッチング装置は、少なくとも１つのスイッチング素子のスイッチング機能をモニタ（監視）するために機能試験を実行するように設計されている評価制御ユニットを有する。その結果、新規な本安全スイッチング装置は、上述したＰＮＯＺ（登録商標）Ｘ１など、単純な装置と異なるものである。しかしながら、（ＰＮＯＺ（登録商標）Ｘ１とは対照的に）新規な評価制御ユニットは、もはや、それ自体では信号装置から出力側のスイッチング素子への情報の伝達を担当しないことから、評価制御ユニットは、チャンネル１つのみを有していてもよく、したがって、相対的にコスト効率が高くなるように設計することができる。
【００１１】
要約すれば、新規な本安全スイッチング装置は、スイッチング素子の冗長的な切断と所定の機能試験との両方を備えていることから、少なくとも欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリー３の要件（または類似の安全要求）に準拠することができる。一方、機能試験の実行を担当する新規な本安全スイッチング装置の評価制御ユニットは、従来技術による安全スイッチング装置の場合よりもかなり単純にかつかなりコスト効率よく製造することができる。
【００１２】
したがって、上記の目的が、完全に達成される。
改良形態においては、少なくとも１つの入力部は、また、評価制御ユニットの作動に必要とされる供給電圧を供給するように設計されている。
原則的には、別の（さらなる）入力部を介して評価制御ユニット用の供給電圧を供給することが実現可能であろう。これにより、信号装置が安全要求を通知し、その結果、本発明によれば、少なくとも１つのスイッチング素子用の供給電圧を遮断するときでさえも、評価制御ユニットが作動中のままであることを可能にするであろう。しかしながら、好適な改良形態は、より簡単に製造することができる。また、これは、少数の接続端子での実施を可能にし、例えば、新規な本安全スイッチング装置のハウジング幅を低減することができる。さらに、この改良形態によれば、評価制御ユニットは、各々の安全要件後に、必ず、再度初期化しなければならず、したがって、これは、評価制御ユニットに自己試験を受けさせるために有利に使用することができる。
【００１３】
さらなる改良形態においては、本安全スイッチング装置は、少なくとも１つスイッチング素子用の供給電圧と、評価制御ユニット用の供給電圧とを互いに対して切り離しするように設計されている切り離し回路網を含む。
この改良形態は、評価制御ユニットに対する負荷部回路からの一切の反応を回避するものである。その結果、評価制御ユニットは、外側からの外乱による影響およびこれらの影響によって引き起こされる誤作動から、より効果的に保護される。
【００１４】
さらなる改良形態においては、切り離し回路網は、評価制御ユニット用の供給電圧に対して少なくとも１つのスイッチング素子用の供給電圧を遅延させるために、第１の遅延素子を含む。
この改良形態においては、少なくとも１つのスイッチング素子用の供給電圧および評価制御ユニット用の供給電圧は、回路内で互いに切り離されているばかりでなく、時間的にも互いに分離されている。評価制御ユニットは、この改良形態の結果として、少なくとも１つのスイッチング素子よりも「早く」供給電圧を受け取ることから、これによって、確実に、評価制御ユニットは、少なくとも１つのスイッチング素子を駆動させる前に内部自己試験を完了することができる。これによって、負荷部への電力供給路の不正な有効化のより効果的な防止が行われる。
【００１５】
さらなる改良形態においては、本安全スイッチング装置は、供給電圧が戻るときはいつでも、評価制御ユニットを所定の開始状態にリセットするように設計されているリセット回路を含む。
この改良形態によって、（単一チャンネルの）マイクロコントローラ、マイクロプロセッサなどを有する評価制御ユニットを製造することがより簡単になる。供給電圧が戻るときはいつでも強制的に行われるリセットによって、確実に、評価制御ユニットは、常に、１つのかつ同じ所定の開始位置から開始する。これによって、確実に、評価制御ユニットは、負荷部への電力供給路が閉じられる前に、毎回自己試験を完全に実施する。その結果、評価制御ユニットは、単一チャンネルの装置として容易に設計することができる。
【００１６】
さらなる改良形態においては、評価制御ユニットは、単一チャンネルの評価制御ユニットである。
この改良形態は、上述した能力を利用しており、かつ、新規な本安全スイッチング装置の特にコスト効率の高い実施が可能である。
さらなる改良形態においては、評価制御ユニットは、所定の時点において、特に、負荷部への電力供給路の閉鎖前に、機能テストを実行するように設計されているマイクロコントローラを含む。
【００１７】
「マイクロコントローラ」という用語は、本明細書では、機能的範囲を少なくともメーカーが規定することができる同類の構成品の同義語として使用されている。したがって、狭義の意味でのマイクロコントローラに限定されるものではなく、例えば、外部メモリーまたは他のプログラム可能な構成品の有無を問わず、マイクロプロセッサを包含する。この改良形態は、特に、新規な本安全スイッチング装置の簡単かつコスト効率の高い実施を可能にするものであり、その場合、それぞれの機能的範囲は、個々に規定することができる。これによって、例えば、異なるタイプの信号装置用に、および／または、異なるタイプのスイッチング素子に関連して、意図されている安全スイッチング装置を、コスト効率よく製造することが可能になる。
【００１８】
さらなる改良形態においては、本安全スイッチング装置は、供給電圧の印加から測定される所定時間間隔にわたって、評価制御ユニットと少なくとも１つのスイッチング素子との接続を遮断するように設計されている第２の遅延素子を含む。
また、この改良形態は、少なくとも１つのスイッチング素子が単一チャンネルの評価制御ユニットによって起動されるときでさえも、負荷部への電力供給路の時期尚早のおよび／または誤った閉鎖の防止に寄与するものである。既に上述した各種改良形態と組み合わせて、これは、結果的に、負荷部が起動されたときに、より一層良い安全性が得られる。
【００１９】
さらなる改良形態においては、新規な本安全スイッチング装置は、冗長的に負荷部への電力供給路を遮断するために、互いに直列に配置された少なくとも２つのスイッチング素子を含み、評価制御ユニットは、少なくとも２つのスイッチング素子のうちの第１のスイッチング素子用に、第１の動的な制御信号を形成し、かつ、少なくとも２つのスイッチング素子のうちの第２のスイッチング素子用に、第２の、特に静的な制御信号を生成するように設計されている。
【００２０】
本発明のこの改良形態では、スイッチング素子の１つがスイッチングプロセス中に作動しないときでさえも負荷部を切断することを可能にするために、負荷部回路内に冗長的なスイッチング素子が使用されている。しかしながら、さらに、少なくとも２つの冗長的なスイッチング素子は、互いに異なる方法で、即ち、互いに異なる２つの制御信号で駆動させてもよい。したがって、新規な本安全スイッチング装置の誤作動は、発生の確率がさらに低いものとなっている。制御信号の一方は、動的な信号であることが特に好ましいのに対して、他方の制御信号は、静的な信号であることが好ましい。これは、両方のタイプの制御信号が、マイクロコントローラまたは類似の構成品によって非常に容易に生成することができるからであり、その場合、冗長的なスイッチング素子が同時に不正に制御されることは、制御信号の異なる性質のために、可能性が極めて低い。
【００２１】
さらなる改良形態においては、少なくとも１つのスイッチング素子は、少なくとも２つの相互に二者択一のスイッチング路を有する切り替えスイッチであり、第１のスイッチング路が、負荷部への電力供給路内に位置し、第２のスイッチング路が、モニタリングユニットに至っている。
単独であっても従来技術による安全スイッチング装置に対する本発明の改良を示すこの改良形態は、特に、固定電位に関係ない出力を伴う、新規な本安全スイッチング装置の特にコスト効率の高い製造を可能にする。その理由は、切り替えスイッチの使用によって、能動的にガイド（案内）される。メイク接点およびブレーク接点を有する、より高価でかつより大型の継電器の代わりに、「単純な」切り替え継電器を使用することが可能になるためである。したがって、この改良形態は、非常にコスト効率が高くかつ物理的に小型の安全スイッチング装置を可能にするものであり、それでも欧州規格ＥＮ９５４−１の少なくともカテゴリー３または類似の安全レベルに適合することが可能である。
【００２２】
上述した特徴および以下の文でさらに説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ説明している組み合わせでだけでなく、他の組み合わせで、または単独に使用することができることは言うまでもない。
本発明の例示的な実施形態を以下の説明で更に詳しく説明するとともに、図面において例示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１においては、自動で作動し、かつ、新規な本安全スイッチング装置が使用されている設備を、参照符号１０で示している。
この場合、設備１０は、作動区域がガード・ドア１４を有するガード・フェンスによって保護されているロボット１２を含む。ガード・ドア１４の開または閉位置は、ガード・ドア・センサー１６によって検知される。ガード・ドア・センサーは、ガード・ドア１４の移動部に取り付けられている第１の部分１６ａと、ガード・ドア１４の固定フレーム上の第２の部分１６ｂとを含む。１つの例示的な実施形態においては、第１の部分１６ａは、トランスポンダーを含み、トランスポンダーは、ガード・ドアが閉状態であるときにのみ、第２の部分１６ｂ（読取機）によって識別かつ評価することができる。しかしながら、本発明は、このタイプのガード・ドア・センサーに限定されるものではなく、更に、また、信号装置としてのガード・ドア・センサーに限定されるものでもない。本発明は、緊急時オフ・ボタン、回転速度センサー、光バリアなどの他の信号装置と共に、等しく良好に使用することができる。
【００２４】
参照符号１８は、本発明による安全スイッチング装置を示す。本安全スイッチング装置は、ガード・ドア１４が開状態のときにロボット１２を運転停止するために使用されている。
また、設備１０は、図では、別の信号装置としての緊急時オフ・ボタン２０を伴って示されている。緊急時オフ・ボタン２０は、本発明による別の安全スイッチング装置２２によって評価される。図に示す例示的な実施形態における安全スイッチング装置１８および２２は、各々、ＡＮＤ論理作動を形成するために、互いに直列に接続される、固定電位に関係がない出力部を有する（図２を参照しながら、以下の文で更に詳しく説明する）。
【００２５】
２つの接触器２４、２６は、論理チェーンの一端に、この場合、安全スイッチング装置２２の出力部に、配置されており、そのメイク接点は、再度、ロボット１２への電力供給路２８内で互いに直列に接続されている。２つの接触器２４、２６の接点は、メイク接点であり、即ち、２つの接触器２４、２６の引入れまたは保持電圧より高い作動電圧で接触器２４、２６の入力回路が通電されたときにのみ閉じられる。作動電圧３０は、例えば、２４ボルトであり、この例示的な実施形態においては、安全スイッチング装置１８および２２の直列接続出力接点を介して、接触器２４、２６にループされている。ガード・ドア１４が開状態であり、および／または緊急時オフ・ボタン２０作動時に、安全スイッチング装置１８、２２は、接触器２４、２６の入力回路が作動電圧３０に接続されている電流路を遮断する。その結果、接触器２４、２６は、トリップし、ロボット１２は、運転停止される。したがって、接触器２４、２６および（間接的に）ロボット１２は、本発明に関しては負荷部である。
【００２６】
設備１０は、図１では簡素化された形で示されていることは言うまでもない。特に、図１では、ロボット１２を運転停止する２つの単純な安全回路のみが示されている。実際には、一般的に、さらなる安全回路があるであろう。例えば、接触器２４、２６の一方が溶接されてしまった場合にロボット１２の起動を防止するために、接触器２４、２６は、また、一般的に、安全スイッチング装置１８、２２の少なくとも一方にフィードバックされる正で（能動的に）開くブレーク接点を有する。さらに、作動制御システム（図１には示さず）が、一般的に設置されて、ロボット１２のＸ軸の作動手順を制御する。
【００２７】
図２は、安全スイッチング装置２２のさらなる詳細を示す。安全スイッチング装置１８は、原則的には、同じ方法で設計することができるか、または、２チャンネルの評価制御ユニットおよび従来のタイプの出力部を有してもよい。
安全スイッチング装置２２の構成部品は、コンパクトな装置ハウジング３６内にそれ自体公知の方法で配置されている。ハウジング３６は、例えば、ねじ端子またはばね端子の形で、端子を有する。参照符号３８、４０は、２つの接続部を示しており、これらの接続部は、この場合、緊急時オフ・ボタン２０を接続し、かつ、安全スイッチング装置２２用の供給電圧４２を供給するために使用される。この場合、供給電圧４２は、ＤＣ電圧として示されており、かつ、緊急時オフ・ボタン２０のそれぞれのブレーク接点を介して接続部３８、４０に接続されている。あるいは、電圧４２を原則的にＡＣ電圧とすることもできる。
【００２８】
参照符号４６、４８は、開始ボタン５０と２つのブレーク接点５２、５４とを含む直列回路が接続されている２つのさらなる接続端子を示す。ブレーク接点５２は、図１に示す接触器２４に属し、接触器２４のメイク接点で能動的にガイドされる。ブレーク接点５４は、同じ方法で接触器２６のメイク接点により能動的にガイドされる。
安全スイッチング装置２２は、図では合計で４つのスイッチング素子５６、５６’、５８、５８’を伴って示されている。スイッチング素子５６、５８および５６’、５８’は、各々、互いに直列に接続されており、２つの接触器２４、２６を駆動させることができる２つの電力供給路を形成してもよい。スイッチング素子５６’、５８’を有する第２の電力供給路は、明瞭さを期すために部分的にのみ、特に、スイッチング素子５６’、５８’用の駆動装置に関係する詳細なしに示されている。しかしながら、スイッチング素子５６’、５８’は、スイッチング素子５６、５８の駆動と同じ方法で駆動される。このような理由から、以下の説明文は、反対の記述がない限り、スイッチング素子５６’、５８’にも関係するものである。
【００２９】
この場合、スイッチング素子５６、５８は、切り替えスイッチの形である。各スイッチング素子５６、５８は、３つの接続部６０、６２、６４を有し、この場合、３つの接続部６０、６２、６４は、明瞭さを期すために、スイッチング素子５６についてのみ示されている。３つの接続部６０、６２、６４は、２つの相互に二者択一のスイッチング路を形成する。第１のスイッチング路６６は、接続部６２と６４との間（図２では点線で表されている）を走る。第２の二者択一のスイッチング路６８は、接続部６０から接続部６４へ（実線で表されている）走る。第２の二者択一のスイッチング路６８は、端子接続部６０から端子接続部６４へ走っている（実線で表わされている）。したがって、接続部６４は、二者択一のスイッチング路６６、６８の共通のルート部を形成する。スイッチング路６６、６８の一方のみを、各々の場合において、任意の１つの時点で閉じることができる。他方は、その時点では開いている。
【００３０】
本発明の１つの例示的な実施形態における切り替えスイッチ５６、５８は、各々が接続部６０、６２間で切り替えられる１つの接点を有する切り替え継電器（リレー）である。しかしながら、さらなる例示的な実施形態においては、切り替えスイッチは、半導体スイッチング素子の形であってもよいし、または、少なくとも、半導体スイッチング素子によって実施してもよい。
【００３１】
スイッチング素子５６の接続部６２は、安全スイッチング装置２２のハウジング３６上の１つの端子７０に接続されている。スイッチング素子５８の接続部６６は、同じ方法で安全スイッチング装置２２の外部端子７２に接続されている。２つのスイッチング素子５６、５８のルート部６４は、互いに直列に接続されている。したがって、２つのスイッチング素子５６、５８の第１のスイッチング路６６は、スイッチング素子５６、５８のスイッチ部の機能として閉じるかまたは遮断することができる、安全スイッチング装置２２の接続部７０と接続部７２との間の電力供給路を提供する。同様に、スイッチング素子５６’、５８’は、安全スイッチング装置２２の接続端子７４、７６間の第２の電力供給路を表している。図１に示す用途においては、接触器２４、２６は、接続端子７２、７６に接続されている。作動電圧３０は、接続部７０、７４に印加され、おそらくは、本明細書で説明するのと同じ方法で、安全スイッチング装置１８を介してループされる。
【００３２】
４つのスイッチング素子５６、５６’、５８、５８’すべての第２のスイッチング路６８は、この例示的な実施形態においては、互いに直列に接続されており、この直列回路は、図２では参照符号７８によって示されているモニタリングユニットに接続されている。モニタリングユニット７８は、図２に模式的に示すように、２つのチャンネルを有していてもよい。しかしながら、モニタリングユニット７８を単一のチャンネルを伴って実施することも可能である。モニタリングユニット７８の目的は、スイッチング素子５６、５８、５６’、５８’の第２のスイッチング路６８によって形成された直列回路に試験信号８０を供給することである。モニタリングユニット７８がスイッチング路を介して試験信号８０を読み返すことができる場合、これは、スイッチング素子のすべてが、図２に示すスイッチ位置にあることを意味する。したがって、接触器２４、２６への電力供給路は、遮断される。
【００３３】
モニタリングユニット７８は、本発明に関しては評価制御ユニットを表すマイクロコントローラ８２に接続されている。１つの好適な例示的な実施形態によれば、１つのマイクロコントローラ８２だけが設置されているが、本発明は、これに限定されない。マイクロコントローラ８２は、スイッチング素子５６、５８、５６’、５８’のスイッチ位置を設定するように設計されている。さらに、スイッチング素子５６、５８、５６’、５８’のスイッチ作動をチェックするために、以下に説明する方法で機能試験を実行する。
【００３４】
切り替えるために、スイッチング素子５６、５８には、ライン８４またはコンデンサ８６に印加される供給電圧が必要である。この場合、８４、８６での供給電圧は、主として安全スイッチング装置２２の端子３８、４０に印加される供給電圧４２に対応する。ライン８４上の電圧は、スイッチング素子５６、５８用の入力回路を介して、かつ、それぞれのトランジスタ９０、９２を介して渡される。トランジスタ９０、９２によって、マイクロコントローラ８２は、各スイッチング素子５６、５８用の励起回路を閉じるか、または遮断することができる。励起回路が閉じられ、かつ、スイッチング素子５６、５８の引き込み電圧より高い供給電圧がコンデンサ８６にまたはライン８４に印加されたとき、切り替えスイッチは、第１のスイッチング路６６に切り替えられる。ライン８４上に供給電圧がない（もしくは、電圧が、この場合、スイッチング素子の保持電圧を下回る）か、または、マイクロコントローラ８２がトランジスタ９０、９２によって励起回路を遮断した場合、スイッチング素子は、デフォルトスイッチ位置に戻り、デフォルトスイッチ位置において、第２のスイッチング路６８が閉じられる。その後、接触器２４、２６への電力供給路が遮断される。
【００３５】
参照符号８８は、電圧・リセット回路を示し、電圧・リセット回路は、この場合、全体的な供給電圧４２を用いてマイクロコントローラ８２への個々の供給電圧を生成する電圧調整器（別途に図示せず）を含む。さらに、電圧・リセット回路８８によって、電圧が端子３８、４０にて戻るときはいつでも、確実に、マイクロコントローラ３８は、所定の方法で起動する（リセット機能）。１つの例示的な実施形態においては、電圧・リセット回路は、したがって、マイクロコントローラ８２のリセット入力部に接続されているパルス発生器（別途に図示せず）も含む。したがって、マイクロコントローラ８２用の供給電圧およびスイッチング素子５６、５８用の供給電圧は、ともに、安全スイッチング装置２２の入力部に印加される供給電圧４２から導出されている。切り離し回路網９４は、内部で絶縁された２つの供給電圧を切り離すために設けられており、本発明の例示的な実施形態においては、切り離し回路網９４は、コンデンサ８６とともにＲＣ素子を形成するダイオードおよび抵抗器９５を含む。抵抗器９５は、コンデンサ８６の完全充電の充電時間を管理する。したがって、抵抗器９５とコンデンサ８６とを含むＲＣ素子は、端子３８、４０への供給電圧４２の印加から測定された特定の遅延の後にのみ、確実に、スイッチング素子５６、５８用の供給電圧に達するようにする遅延素子を形成する。
【００３６】
参照符号９６は、第２の遅延素子を含むいわゆるウォッチドッグを示す。ウォッチドッグ８６は、一方では、それ自体公知である方法でマイクロコントローラ８２の作動をモニタ（監視）するために使用される。この目的のために、ウォッチドッグ９６は、マイクロコントローラ８２から供給されなければならない、規則的に繰り返されるパルスを待っている。さらに、ウォッチドッグ８６は、複数のＡＮＤゲートに接続されており、これによって、マイクロコントローラ８２からトランジスタ９０、９２への制御信号の伝達を抑制することができる。
【００３７】
この例示的な実施形態においては、スイッチング素子５６、５８は、異なる方法で、即ち、互いに異なる制御信号によって駆動される。スイッチング素子５６（およびスイッチング素子５６’）は、この場合、マイクロコントローラ８２が出力部１００にて生成する動的な制御信号（所定のパルス列）によって駆動される。制御信号１００は、ＡＮＤゲートとコンデンサ１０２とを介してトランジスタ９０に渡される。トランジスタ９０は、マイクロコントローラ８２が所期の周波数にて、かつ、所期の振幅で、出力部１００にてパルス列を生成するとき、および、ウォッチドッグ９６がこのパルス列をコンデンサ１０２に渡すときにのみオンになる。
【００３８】
これとは対照的に、スイッチング素子５８、５８’は、マイクロコントローラ８２によって、静的信号１０４により駆動される。あるいは、スイッチング素子５６、５８は、各々、動的信号で駆動させることができるか、または、各々、静的信号で駆動させることができ、その場合、制御信号１００、１０４は、互いに異なることが一般的に好ましい。
ＩＥＣ６２０６１に従って、以下の不具合を切り替えスイッチ５６、５８の不具合分析において考慮に入れなければならない。
【００３９】
１．切り替えスイッチ５６、５８は、入力回路が通電解除されていても（駆動されていないのに）、励起（第１の）スイッチ位置のままである。
２．切り替えスイッチ５６、５８は、入力回路の通電にもかかわらず、第１のスイッチ位置６６に変らず、第２のデフォルトスイッチ位置６８のままである。
３．接続部６０、６２、６４すべての間に短絡がある。
【００４０】
これらの不具合には、負荷部への電力供給路が閉じられる前に、マイクロコントローラ８２とともに、切り替えスイッチ５６、５８のスイッチング作動を試験するモニタリングユニット７８によって対処することができる。この目的のために、モニタリングユニット７８は、試験信号８０を生成して、第２のスイッチング路６８を含む直列回路に供給する。接続された切り替えスイッチすべてが通電解除されたデフォルト状態である場合、モニタリングユニット７８は、試験信号８０を読み返すことができなければならない。次工程において、切り替えスイッチ５６は、一例として、ここで、マイクロコントローラ８２によって切り替えられる。この時点では、切り替えスイッチのスイッチングが不具合なしに行われ、かつ、接続部６０、６２、６４間に短絡がない場合には、試験信号８０を読み返すことは、もはや、可能であってはならない。この試験に合格すると、モニタリングユニットは、引き続き、他の切り替えスイッチをチェックする。試験事例の１つにおける試験信号８０を読み返すことができる場合、上述した不具合の１つが、発生している。モニタリングユニット７８は、必要に応じてマイクロコントローラ８２に通知し、接触器２４、２６への電力供給路の閉鎖を防止する。これとは対照的に、切り替えスイッチすべてが試験に合格した場合、接触器２４、２６への電力供給路を閉じることができる。１つの切り替えスイッチが、仮に、この場合に第１のスイッチング路６６に切り替わった場合、接続された負荷部をオンにすることは不可能となる。したがって、（無試験の）不具合にもかかわらず、安全な状態が確保されることになる。
【００４１】
この作動方法を、再度、図３においてタイミング図にて示す。最上部の時間プロファイル１１０は、設備全体がオンになったときか、または、緊急時オフ・ボタン２０閉鎖時の、安全スイッチング装置２２への供給電圧４２の印加を示す。緊急時オフ・ボタン２０は、供給電圧４２が安全スイッチング装置２２から切断されるように、時間ｔ1において作動することが想定されている。
【００４２】
第２の時間プロファイル１１２は、電圧・リセット回路８８によって生成される、マイクロコントローラ８２用の供給電圧を示す。マイクロコントローラ８２への供給電圧の印加後（またはリセット後）の第１の時間間隔１１４中、マイクロコントローラ８２は、安全スイッチング装置におけるマイクロコントローラの作動からわかるように、内部機能試験を実行する。
【００４３】
第３の時間プロファイル１１６は、スイッチング素子５６、５８の通電回路での供給電圧のプロファイルを示す。この場合、初めに供給された電圧の方が、ＲＣ遅延素子９５、８６の時間応答のために緩やかに立ち上がる。構成品は、マイクロコントローラ８２が内部自己試験を完了するまでスイッチング素子５６への供給電圧が十分には印加されないように選ばれる。
【００４４】
第４の時間プロファイル１１８は、ウォッチドッグ９６での出力信号を示す。この信号は、トランジスタ９０、９２へのマイクロコントローラ８２の出力部１００、１０４をスイッチング素子５６、５８に接続するのに用いられる。したがって、マイクロコントローラ８２は、時間ｔ2までスイッチング素子５６、５８を駆動させることはできない。
第５のプロファイルは、モニタリングユニット７８が第２のスイッチング路６８を含む回路に供給する試験信号８０を示す。
【００４５】
次に、スイッチング素子５６、５８の制御信号１００および１０４が、次の２つのプロファイルにおいて示されている。まず、制御信号は、それぞれ、時間間隔１２０または１２２にわたって起動され、時間間隔１２０、１２２は、お互いに対してずれている。さらに、制御信号は、時間間隔１２０、１２２においては試験信号８０と同時に発生する。図３に模式的に示すように、時間間隔１２０または１２２中、試験信号８０をモニタリングユニット７８がもはや読み返すことはできない場合、対応するスイッチング素子５６、５８のスイッチングは、成功している。試験完了成功後、マイクロコントローラ８２は、スイッチング素子５６、５８をその第１のスイッチ位置６６に切り替えることができ、かつ、このようにして（時間ｔ3）、接触器２４、２６への電力供給路を閉じることができる。
【００４６】
最後に、最下部の図は、接触器２４、２６の入力回路上の作動電圧３０のプロファイル１２４を示す。接触器２４、２６は、時間ｔ3後に引き込むことができ、ロボット１２は、作動を開始することができる。緊急時オフ・ボタン２０が時間ｔ1にて操作された場合、切り替えスイッチ５６、５８用の供給電圧は、消失する（コンデンサ８６の放電時間後に。ただし、この放電時間はここでは無視する）。さらに、スイッチング素子５６、５８用の制御信号１００、１０４が消失する。両方の事象によって、接触器２４、２６への電力供給路が遮断される。
【００４７】
さらなる例示的な実施形態においては、モニタリングユニット７８の機能性は、少なくとも部分的に、マイクロコントローラ８２に一体化することができる。例えば、マイクロコントローラ８２からの試験信号８０は、光結合器、容量結合または誘導結合を介して、第２のスイッチング路のモニタリング回路に注入されることが好ましい。それで、モニタリングユニット７８と記載された部分は、例えば、光結合器または変成器を含んでもよい。
【００４８】
更に、本発明の種々の例示的な実施形態は、各々が複数の並列スイッチング接点を有する切り替えスイッチ５６、５８を含んでいてもよい。この場合、モニタリングユニット７８の読み返し路は、並列に接続されていてもよい。
さらに、切り替えスイッチ５６、５８は、各々、それぞれの切り替えスイッチに対して特定の試験信号を生成する専用のモニタリングユニット７８を有していてもよい。その後、機能試験の結果をマイクロコントローラ８２に送信するために、多数のモニタリングユニットをマイクロコントローラ８２に接続することができる。さらに、切り替えスイッチ５６、５８の第２のスイッチング路は、互いに直列に接続してもよく、一方、切り替えスイッチ５６’、５８’の第２のスイッチング路は、切り替えスイッチ５６、５８を含む直列回路とは別個に形成される第２の直列回路を形成する。
【００４９】
最後に、本発明は、上記特許文献２で開示されているように、能動的にガイドされる継電器または半導体スイッチング素子であるか否かに関係なく、安全スイッチング装置２２の出力部に「従来の」スイッチング素子を使用して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】新規な本安全スイッチング装置を有する、自動的に作動する設備の例としてのロボットを示す。
【図２】新規な本安全スイッチング装置の第１の例示的な実施形態の模式図を示す。
【図３】新規な本安全スイッチング装置の１つの例示的な実施形態の作動方法を説明するための幾つかのタイミング図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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