JP2003518682A - 設備、特に機械設備の安全な断路を行なうための回路配置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安全スイッチ装置が、使用されている信号装置から独立して、それ自体の信号経路のセルフテストを実施できる代替的な回路配置を提供する。 【解決手段】本発明は、設備（２２）の作動状態に応じて特定出力信号（４６a；４６b）を出す信号装置（１４）と、前記特定出力信号（４６a、４６ｂ）に応じてフェールセーフに設備（２２）の断路を行なう安全スイッチ装置（９２）とを有している、設備（２２）、特に機械設備の安全な断路を行なうための回路配置（９０）に関する。さらに、特定出力信号（４６a、４６ｂ）は、設備（２２）の作動中の一定期間にわたって定常信号レベルを有している。本発明によれば、安全スイッチ装置（９２）は、クロック信号を出すクロック発生器（３０）と、前記信号装置（１４）から出る出力信号（４６a、４６ｂ）を前記クロック信号とともに変調する入力ステージ（１６）とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明は、設備、特に機械設備の安全な断路を行なうための回路配置に関す
る。この回路配置は、設備の作動状態に応じて特定出力信号を出す信号装置と、
特定出力信号に応じてフェールセーフに設備の断路を行なう安全スイッチ装置と
を有し、前記特定出力信号は、設備の作動中に期間T₁にわたって定常信号レベル
を有している。

【０００２】 本発明は、さらに、このような回路配置において使用される安全スイッチ装置
であって、前記信号装置を接続する少なくとも１個の入力部と、前記信号装置か
ら出る特定出力信号に応じてフェールセーフ断路プロセスを起動する断路ユニッ
トとを有している安全スイッチ装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】

このような回路配置とこのような安全スイッチ装置とは公知であり、例えば、
１９９７年にHuthig-Verlag社から出版されたWinfried Graf著の本「Maschinens
icherheit」（機械の安全性）の２０４、２０５頁に書かれている。 この公知の回路配置において、信号装置は安全のための光バリアであって、こ
れによってたとえばプレス設備または自動マシーニングセンターの危険区域を保
護できる。この目的のために、安全のための光バリアは出力信号を出し、この出
力信号は、光バリアの１つ以上の光ビームが破られたとき、第１信号状態から第
２信号状態に変化する。この変化は、接続された安全スイッチ装置により確認さ
れ、次に、安全スイッチ装置は、モニターされる設備において断路プロセスをフ
ェールセーフに起動する。断路プロセスは、モニターされる設備全体の電源から
の断路を含んでいてもよい。しかしながら、多くの適用例において、設備の一部
、例えばドライブの断路だけで充分である。

【０００４】 フェールセーフに断路を行なうためには、もし回路配置に故障があっても設備
は故障しないように回路配置が設計されていなければならない。このことは、主
として、信号装置と安全スイッチ装置との両方が、多チャンネルの冗長信号経路
および／または繰り返し実施される自己テストのようなフェールセーフ手段を含
むことにより達成できる。 本発明は、信号装置を光バリアにのみ限定するものではない。信号装置の他の
例として、ドアコンタクトスイッチ、緊急停止ボタン、および一般にモニターさ
れる設備が高安全性作動状態にあるか否かを感知できるすべてのタイプのセンサ
があげられる。

【０００５】 原則として、現在では、そのような信号装置は２種類に分けられる。第１のタ
イプでは、信号装置は接点を備えた出力部を有している。これは、主としてスイ
ッチであり、このスイッチの開閉位置は信号装置により左右される。接点を備え
た出力部は、下流の安全スイッチ装置により評価され得る。この評価は、安全ス
イッチ装置自体が出したテスト信号をループ状のコンタクトスイッチを介してフ
ィードバックすることにより達成される。それ自体が出したテスト信号をフィー
ドバックされた入力信号と比較することにより、接点を備えた信号装置の出力部
が開放されているかまたは閉鎖されているかを特定することができる。一般に、
この場合、信号装置自体はアクティブな出力信号を出すことなく、信号装置の出
力部はループ状接続部を介して安全スイッチ装置に接続されているといえる。

【０００６】 反対に、信号装置の第２のグループは、アクティブな信号出力部、すなわち一
般に半導体出力部を有している。このことは、信号装置が、安全スイッチ装置と
は無関係に、モニターされる設備の作動状態を示す電流信号および／または電圧
信号を出すことを意味する。Grafの著書に書かれている公知の回路配置は、たと
えば、このような半導体出力部を有する光バリアである。 多くの信号装置は、モニターされる設備が正常に作動している間は比較的まれ
にしか起動されず、したがって、信号装置の出力部は、長時間にわたって変化せ
ず１つの信号状態を保っているという問題点を有している。スイッチ装置の観点
からすると、このような場合にこの定常信号状態が設備の実際の作動状態に一致
しているのか、またはこれが故障、たとえば分離されたラインの途中で生じた短
絡により起こったものであるかどうかを特定できない。信号装置が接点を備えた
出力部を有している場合、安全スイッチ装置が信号ループに送られたテスト信号
を間隔を置いて周期的に変更することは、知られている。このようなゆっくりと
した信号の変化によって、安全スイッチ装置は、信号装置の出力接点を介する接
続とそれ自体の信号プロセシング経路との両方に故障が無いかどうかをチェック
できる。このような装置は、たとえばドイツ特許第１９５１０３３２ Aｌに開
示されており、公知である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、この方法は、接点を持たないアクティブ信号出力部を備えた信
号装置には使用できない。なぜならば、この場合、出力信号は安全スイッチ装置
自体には制御されないからである。したがって、実際に使用されており、アクテ
ィブな信号出力部を有する信号装置のうちのいくつかは、追加テスト信号入力部
を有しており、この入力部を介して、安全スイッチ装置はテストのための出力信
号におけるゆっくりとした状態変化を要求することができる。この１つの例は、
ドイツ、４０５４９ デュッセルドルフ市、Sick AG社製のFGS安全光バリアで
ある。しかしながら、これらの場合、機能チェックを実施するために、安全スイ
ッチ装置は常に信号装置と協働しなければならず、このことは、異なる信号装置
との相互作動を制限する。

【０００８】 さらに、それらを利用して、内部に故障チェック手段を有しているアクティブ
信号出力部を備えた信号装置が知られている。この場合、信号装置自体がその出
力部において、特定時間間隔で短い信号変化を生じる。しかしながら、これらの
信号変化は同様に下流の安全スイッチ装置によって制御されないので、これらは
、使用されている信号装置とは無関係に安全スイッチ装置のセルフテストを実施
するために使用するには適さない。

【０００９】 したがって、本発明の目的は、安全スイッチ装置が、使用されている信号装置
から独立して、それ自体の信号経路のセルフテストを実施できる代替的な回路配
置を提供することである。本発明の他の目的は、対応する安全スイッチ装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および発明の効果】

上記のタイプの回路配置の場合、この目的は、好ましくは周期的なクロック信
号を発生するクロック発生器を含み、且つ、信号装置から出された出力信号を前
記クロック信号とともに変調するための入力ステージを含む、安全スイッチ装置
により達成される。 さらにこの目的は、好ましくは周期的なクロック信号を発生するクロック発生
器と、信号装置から出された出力信号を前記クロック信号とともに変調するため
の入力ステージとを含む上記のタイプの安全スイッチ装置により達成される。

【００１１】 変調プロセスにより、安全スイッチ装置に制御されるクロック信号が、信号装
置から出た出力信号と結合される。この結合は、変調によって、特定出力信号と
周期クロック信号との情報内容がともに被変調出力信号に含まれるように行なわ
れる。この場合、クロック信号によって被変調出力信号は好ましくは周期的な信
号変化を有し、そのために安全スイッチ装置は、それ自体の信号経路の自動的内
部機能チェックを設備の作動中に実施できる。これは、出力信号とは関わりなく
、したがって上記信号装置のいかなる協働とも関わりなく実施することができる
。それにもかかわらず、安全スイッチ装置は特定出力信号内のいかなる信号変化
をも常に感知できる。なぜならば、クロック信号が安全スイッチ装置に知られて
いるからである。

【００１２】 本発明の回路配置は、したがって次のような利点を有する。すなわち、安全ス
イッチ装置は上記信号装置から独立して内部機能チェックを実施することが可能
であり、上記信号装置がアクティブ信号出力部を有している場合でもこの内部機
能チェックは正確に行なわれるという利点である。たとえば信号装置からのテス
ト信号を要求するなどの、セルフテストに信号装置を含むことはまったく必要で
ない。したがって本発明の安全スイッチ装置は、本発明の回路配置を構成するた
めに、いかなる所望の信号装置とも結合することができる。

【００１３】 さらに、本発明の回路配置および対応する安全スイッチ装置は、多数の他の利
点を有しており、これについては特に好ましい実施形態を参照して後に説明する
。 本発明の回路配置の第一実施形態において、安全スイッチ装置は、被変調出力
信号の関数として設備の断路を行なう。 この構成の代わりとして、原則的に、安全スイッチ装置をセルフテストするた
めに、被変調出力信号を補助的にのみ使用することも可能である。この場合には
、設備の作動状態を実際にモニターする際に、特定の変調されていない出力信号
のみを用いる。逆に、上記の構成は、被変調出力信号が正確に信号経路を通ると
いう利点が有り、このことは安全スイッチ装置の内部機能チェックにおいて重要
である。これによって、一方では複雑な過程を単純化することができ、他方にお
いて機能チェックを途切れることなく連続的に実施することができる。

【００１４】 他の実施形態において、特定出力信号はデジタル信号であり、入力ステージは
論理ユニットを含み、この論理ユニットは、特定出力信号をクロック信号と論理
的相互接続することにより変調する。 この構成は、たとえばミキサーを用いたアナログ信号プロセシングに比べて極
めて容易かつ低価格に実施することができる。さらに、未来の信号装置は一般に
デジタル出力信号を提供すると考えられ、これらのデジタル出力信号は、変調に
もかかわらず、この構成に基づいて容易に評価することができる。

【００１５】 上記の構成の別の実施形態において、論理的相互接続は排他的NOR相互接続ま
たは排他的OR相互接続である。 他の論理的相互接続、たとえばAND相互接続に比較して、これらの２つの相互
接続は、クロック信号が被変調出力信号内に実質的に保持されているという利点
を有する。この場合、特定出力信号の信号レベルに応じて、クロック信号は反転
されるかまたは反転されない。その結果、被変調出力信号はクロック信号と同じ
信号変化を有する。これにより、設備が不動態にあるときでさえ、連続的機能チ
ェックがきわめて単純化される。

【００１６】 本発明の他の実施形態において、入力ステージは、クロック信号と被変調出力
信号とをフェールセーフに互いに分離する信号プロセシング手段を含む。 ２つの信号のこのような分離は、本発明の他の実施形態についての下記の説明
において述べるように、技術的に種々の方法で実施できる。概して、この構成は
、一方のクロック信号と他方の被変調出力信号との混乱を減らすことができると
いう利点を有する。その結果、この構成は回路配置の安全性をかなり向上させる
ことができる。なぜならば、それはクロック信号と被変調出力信号との間の誤っ
た交差接続を避けるからである。

【００１７】 上記の構成の１つの実施形態において、信号プロセシング手段はクロック信号
と被変調出力信号とを互いにガルバニック分離する（DC分離する）。 設備が故障なしにいったん使用されると、ガルバニック分離は、前記２つの信
号間の短絡または交差接続を単純かつフェールセーフな方法で防ぐ。したがって
、最初の使用の前またはスタート時に一度、回路の故障の無い作動をチェックす
るだけで充分である。この場合、その後の動作中に、たとえばトランジスタの破
壊のような部品の故障によって、交差接続は起こらない。

【００１８】 上記の構成の他の実施形態において、信号プロセシング手段は、オプトカップ
ラーによりクロック信号と被変調出力信号とを互いにガルバニック分離する。 ガルバニック分離を行なう他の方法に比べて、オプトカップラーは低価格で必
要スペースが小さくて済み、さらに電磁干渉を受けにくいという利点を有する。
また、それ自体が電磁干渉を発生させないか、もし発生させても比較的少量のみ
である。

【００１９】 別の実施形態において、信号プロセシング手段は、被変調出力信号の少なくと
も１個の信号パラメータをクロック信号と異なるように変更する。この発明の実
施形態のための信号パラメータは、たとえば振幅、位相角の他、各信号の単位時
間あたりのパルス数などである。信号プロセシング手段が前記２つの信号の一方
の信号パラメータを他方とは異なるように変更することにより、著しい特徴を生
じ、それによって評価ユニットが２つの信号のどちらが実際に存在しているかを
確実に感知することができる。この場合、この構成は、上記の構成に加えて使用
してもよく、また上記の構成の代わりに使用してもよい。 全体として、このこ
とは、本発明による回路配置を発展させるための設計オプションを増す。もし必
要であれば、これによってガルバニック分離に部品を使用するのを避けることも
可能である。

【００２０】 本発明の他の実施形態において、安全スイッチ装置は外部からアクセスできる
接続端子を備えたハウジングを含み、クロック信号は前記接続端子の１個を介し
て外側から入力ステージに供給される。 この構成の代わりに、クロック信号を安全スイッチ装置のハウジング内の入力
ステージに供給することもまた原理的に可能である。しかしながら、この好まし
い実施形態においては、クロック信号はハウジングの外に設けられたループ接続
部を介して入力ステージに供給される。この構成は、接点を有する信号出力部を
備えた信号装置を、極めて容易にかつこの目的のために本発明の安全スイッチ装
置自体にまったく変更を必要とせずに、本発明の安全スイッチ装置に接続できる
という利点を有する。この場合、もし同時に、アクティブ信号出力部を備えた信
号装置を接続するための入力部に定常信号レベルが適用されているならば、クロ
ック信号を前記信号装置の接点を介して送るだけで充分である。概して、この構
成は、本発明の安全スイッチ装置の使用分野をかなり拡大する。

【００２１】 本発明の他の実施形態において、安全スイッチ装置は少なくとも２個の互いに
分離可能なハウジングモジュールを含んでおり、この分離可能なハウジングモジ
ュールの１個に入力ステージが配置されている。 この構成は、安全スイッチ装置の入力ステージを必要に応じてモジュール式に
使用でき、したがって同様に本発明の安全スイッチ装置の使用分野を拡大できる
という利点を有している。さらに、このことは、比較的古い安全スイッチ装置を
本発明の方法により簡単に取り付けられることを意味する。

【００２２】 本発明の他の実施形態によれば、入力ステージはフィルタ回路を含んでおり、
このフィルタ回路によって、クロック信号の最短パルス期間よりも短い期間のパ
ルスが抑制される。 この構成は、決定的に評価できない短いパルスという形で信号入力部に存在す
る干渉から、本発明の安全スイッチ装置を守れるという利点を有する。このよう
なパルスは、たとえば、多数の比較的最近の信号装置、例えば多数の光バリアが
それ自体の機能テストを実施するために発するテストパルスである。前記構成に
より、本発明の安全スイッチ装置はこのような干渉を比較的受けにくく、したが
って、そのようなテストパルスが存在するかどうかに関係なく所望の信号装置と
結合され得る。

【００２３】 他の実施形態において、クロック信号は安全スイッチ装置用の評価ユニットに
より制御される。 この構成は、評価ユニットがクロック信号を完全に制御するという利点を有す
る。これによって、特定出力信号の変調に使用されるクロック信号と評価ユニッ
トに知られているクロック信号との間に何らかの違いが生じることを実質的に防
ぐ。

【００２４】 本発明の他の実施形態において、少なくとも安全スイッチ装置の入力ステージ
は、多チャンネルを有するように設計されている。 この構成により信頼性を増すことができる。なぜならば、少なくとも２個のチ
ャンネル間での比較または相互チェックにより追加機能チェックを実施できるか
らである。 上記の特徴および下記に説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせのみな
らず、本発明の範囲を逸脱しない限り他の組み合わせまたはそれ自体で使用でき
ることは言うまでもない。

【００２５】 本発明の実施形態を、添付図面を参照して下記にさらに詳細に説明する。

【００２６】

【発明の実施の形態】

図１において、本発明の回路配置は、全体として参照番号１０で示されている
。 この場合、回路配置１０は、安全スイッチ装置１２と信号装置１４とを含む。
この場合の信号装置１４は例として光バリアとなっているが、一般には、モニタ
ーされるべき設備の作動状態を示す特性出力信号を発する何らかの適切なセンサ
であってよい。

【００２７】 安全スイッチ装置１２は、ハウジングモジュール１８内のそれ自体に配置され
た入力ステージ１６を有する。安全スイッチ装置１２の他の構成要素は、第二ハ
ウジングモジュール２０内に配置されており、このハウジングモジュール２０は
、ハウジングモジュール１８から分離することができる。 参照番号２２は、回路配置１０により作動状態がモニターされる機械設備を示
す。この作動状態には、機械の回転速度などの比較的狭い意味での機械パラメー
タだけでなく、たとえば機械設備２２に関する危険区域を保護するための緊急停
止ボタンの位置、危険防止ドアの開閉または光バリア１４からの状態信号など、
広い意味で機械設備２２に関わる状態変数が含まれる。

【００２８】 さらに、本発明は、水圧機やマシーニングセンターなどの機械設備にのみ限定
されるものではない。最も一般的な形態において、モニターされる設備は、化学
薬品製造プラントや、故障が起これば安全状態に変換しなければならない何らか
のプロセスを含む。ここに示された機械設備２２では、たとえば電源を切ること
により安全状態がもたらされる。 安全スイッチ装置１２のハウジングモジュール２０内に配置された部分は、公
知の方法で評価・断路ユニット２４を有しており、この評価・断路ユニット２４
は、好ましくは２個のチャンネルと冗長設計とを有している。同様に公知の方法
で、評価・断路ユニット２４は、出力リレーまたは出力コンタクタを有しており
、それらのメーク接点２６、２８は、電源において機械設備２２に直列に接続さ
れている。

【００２９】 参照番号３０はクロック発生器を示し、そのクロック信号は、評価・断路ユニ
ット２４により制御される。 参照番号３２は増幅器を示し、この増幅器３２は、この場合、すべての必要な
方法、すなわちレベルマッチング、パルス形成および／またはインピーダンスマ
ッチングなどを象徴的に表している。さらに、これによって、評価・断路ユニッ
ト２４は入力ステージ１６に影響を与えずに済む。

【００３０】 ハウジングモジュール２０は公知の方法で多数の接続端子を有しており、この
場合、そのうちの２個は参照番号３４、３６で示されている。入力ステージ１６
を有するハウジングモジュール１８もまた同様に接続端子を有しており、これら
は参照番号３８、４０、４２で示されている。入力ステージ１６は、接続端子３
４、３８を介してハウジングモジュール２０内のクロック発生器３０に接続され
ている。これらの端子３４、３８を介して、入力ステージ１６はクロック信号４
４を受け取る。このクロック信号４４は、この場合、好ましくは周期クロック信
号である。しかしながら、原則的には、クロック信号４４は非同期信号であって
もよい。

【００３１】 入力ステージ１６は、接続端子４０を介して信号装置１４に接続されており、
この接続端子４０を介して特定出力信号４６を受け取る。出力信号４６の信号状
態は、機械設備２２の作動状態に依存する。この実施形態においては、出力信号
４６は光バリアが破られていないときは高レベルのデジタル信号であり、光バリ
アが破られているときは低レベルのデジタル信号である。さらに、出力信号４６
は短い断路パルスを有しているが、これについては図４を参照して後に詳述する
。

【００３２】 入力ステージ１６は、さらに、接続端子３６、４２を介して増幅器３２に接続
されている。入力ステージ１６はこの接続を利用して被変調出力信号４８を送る
。被変調出力信号４８は、下記に説明するように、周期クロック信号４４と特定
出力信号４６とを相互に連結することにより得られる。被変調出力信号４８は、
次に、評価・断路ユニット２４により評価され、この評価に応じて評価・断路ユ
ニット２４は機械設備２２への電源を切ることができる。

【００３３】 さらに、評価・断路ユニット２４は、被被変調出力信号４８を用いて安全スイ
ッチ装置１２に対するそれ自体の機能テストを実施する。この過程で故障や非確
定状態が感知されると、機械設備２２は同様に断路される。この目的のために、
評価・断路ユニット２４は公知の方法で安全装置（ここには図示せず）を有して
いる。 図２は入力ステージ１６の内部回路設計を示す。この場合、図１と同様の構成
要素には同一の参照番号が付されている。さらに、論理的配線の説明に通常行な
われるように、クロック信号４４は略して文字Tで示され、特定出力信号４６はS
で、被変調出力信号４８はDで示されている。

【００３４】 最初にクロック信号Tと特定出力信号Sとが２つの回路５２、５４を介して入力
ステージ１６に受け入れられる。これらの回路５２、５４はレベルマッチング、
パルス形成、フィルタリングなどに使用される。回路５２、５４は任意であり、
それぞれの要件に公知の方法で適合している。その後、クロック信号Tと特定出
力信号Sとはオプトカップラー５６に供給される。この場合、クロック信号Tは入
力側の発光ダイオード５８を駆動し、また特定出力信号Sは感光トランジスタ６
０のコレクタに送られる。発光ダイオード５８の陰極側接続部はレジスタ６２を
介してアースされている。トランジスタ６０のエミッタ接続部は、回路６４に接
続されている。この回路６４は、回路５２、５４と同様にレベルマッチング、パ
ルス形成などに使用される。被変調出力信号Dは回路６４の出力側に形成される
。

【００３５】 参照番号６６は入力側発光ダイオード６８と感光トランジスタ７０とを有する
第２オプトカップラーを示す。発光ダイオード６８の陰極側接続部は、アースさ
れている。発光ダイオード６８の陽極側接続部は、互いに平行に配置され、それ
ぞれダイオードとレジスタとを有する２個の直列回路に接続されている。クロッ
ク信号Tは、２個の直列回路の一方、すなわちダイオード７２とレジスタ７４と
を含む回路を介して、発光ダイオード６８に供給される。特定出力信号Sは、２
個の直列回路の他方、すなわちダイオード７６とレジスタ７８とを含む回路を介
して発光ダイオード６８に供給される。

【００３６】 オプトカップラー６６のトランジスタ７０のエミッタ側接続部は、再度アース
されている。コレクタ側において、トランジスタ７０はレジスタ８０を介して電
圧源に接続されている。さらに、トランジスタ７０のコレクタは、前方に偏向し
たダイオード８２を介してオプトカップラー５６のトランジスタ６０のエミッタ
に接続されている。 全体として、この場合、入力ステージ１６は、フェールセーフな排他的NOR相
互接続を行なう。すなわち、信号S、T、Dは、次の真理値表に基づいて論理的に
相互接続されている。

【００３７】

【表１】

【００３８】 入力ステージ１６は次のように作動する。 クロック信号Tが高レベルのときには、オプトカップラー５６のトランジスタ６
０は、発光ダイオード５８を介してスイッチ・オンされる。同様に、オプトカッ
プラー６６のトランジスタ７０は、発光ダイオード６８を介してスイッチ・オン
される。次に、特定出力信号Sは、オプトカップラー５６のトランジスタ６０を
介して入力ステージ１６の出力端子４０に送られる。このとき、プルアップレジ
スタ１８は、信号レベルが安定していることを確認する。したがって、クロック
信号Tが高レベルのとき、被変調出力信号Dの信号レベルは特定出力信号Sの信号レ
ベルと同じである。

【００３９】 反対に、クロック信号Tが低レベルのときには、オプトカップラー５６のトラ
ンジスタ６０はスイッチ・オフされ、その結果、特定出力信号Sは出力端子４０
に直接送られない。さらに、オプトカップラー６６のトランジスタ７０が高レベ
ルの特定出力信号Sによりスイッチ・オンされないならば、このオプトカップラ
ー６６のトランジスタ７０もまたスイッチ・オフされる。もし高レベルの特定出
力信号Sによりスイッチ・オンされるならば、トランジスタ７０は被変調出力信
号Dの信号レベルを引き下ろすので、低レベルとなる。反対に、特定出力信号Sが
低レベルの場合には、オプトカップラー６６のトランジスタ７０もまたスイッチ
・オフされ、被変調出力信号Dの信号レベルがプルアップレジスタ１８を介して
高レベルに引き上げられる。概して、この場合、被変調出力信号Dは反転された
出力信号Sに対応する。

【００４０】 一般に、特定出力信号Sが高レベルのとき、被変調出力信号Dはクロック信号T
に等しいといえる。一方、特定出力信号Sが低レベルのときには、被変調出力信
号Dは周期クロック信号Tの逆になる。このことは、上記の表に示したように、排
他的NOR相互接続に正確に対応している。 被変調出力信号Dは、このように周期的に交替する信号レベルを有し、これに
よって安全スイッチ装置１２の評価・断路ユニット２４は内部機能テストを実施
できる。しかしながら、同時に、被変調出力信号Dは常に特定出力信号Sの現在の
信号レベルを推定できる。したがって、安全スイッチ装置１２は、光バリア１４
が破られたときはいつでも反応できる。

【００４１】 さらに、本実施形態の入力ステージ１６の排他的NOR相互接続もまた、起こり
得る短絡や信号阻害に対してフェールセーフである。たとえば特定出力信号Sが
高レベルの場合、短絡と発光ダイオード５８の阻害との両方ともがトランジスタ
６０のスイッチ・オフを生じ、その結果、被変調出力信号Dは永久的に低レベル
になる。トランジスタ６０の何らかの中断もまた同じ結果をもたらす。たとえば
破壊によりトランジスタ６０に短絡が生じると、被変調出力信号Dは持続的に高
レベルになる。正常な作動状態とは対照的に、被変調出力信号Dは、もはやいか
なる場合にもクロックパルスを有することはなく、下流の評価・断路ユニット２
４はこの事態を故障すなわち断路コマンドと判断する。

【００４２】 クロック信号Tが低レベルのときには、ダイオード７６またはレジスタ７８に
何らかの阻害が生じると、オプトカップラー６６のトランジスタ７０がスイッチ
・オフとなる。その結果、被変調出力信号Dが再度永久的高レベルとなり、これ
は故障すなわち断路コマンドとみなされ得る。 発光ダイオード６８の阻害に関連するダイオード７６の短絡もまた感知できる
。なぜならば、この場合、オプトカップラー６６のトランジスタ７０が再度スイ
ッチ・オフされて、被変調出力信号Dが永久的高レベルになるからである。ダイ
オード７２、レジスタ７４、レジスタ７８およびトランジスタ６０を含む信号経
路を介しての、周期クロック信号Tと出力端子４０との可能な直接的カップリン
グは、この方法で同様に感知できる。さらに、オプトカップラー５６を使用する
ことにより、クロック信号Tが出力端子４０に直接カップリングされるのを防止
できる。

【００４３】 特定出力信号Sが低レベルのとき、比較故障分析を実施できる。すなわち、こ
の場合、起こったすべての短絡および阻害を感知することができる。なぜならば
、それらによって、被変調出力信号Dの応答が不変になるからである。入力ステ
ージ１６は、このようにフェールセーフに設計されている。 図３において、本発明による回路配置の第２実施形態の全体が、参照番号９０
で示されている。この図では、図１に示された構成要素と同じ構成要素に同じ番
号が付されている。回路配置９０は信号装置１４を含み、常に２個のチャンネル
を有するように設計されている。これらの２個のチャンネルを区別するために、
同じ参照符号に文字「a」および「ｂ」が付されている。

【００４４】 回路配置９０の場合、安全スイッチ装置９２はハウジング９４の内部に完全に
配置されている。したがってこの場合、安全スイッチ装置９２の入力ステージ１
６は、安全スイッチ装置９２内に永久的に一体化されている。 クロック発生器３０から出た周期クロック信号Tと、信号装置１４から出た特
定出力信号Sとは、オプトカップラー９６を介して入力ステージ１６において再
度相互接続される。この場合、周期クロック信号Tは入力側発光ダイオードを再
度制御し、一方特定出力信号Sはコレクタ・エミッタ経路を介して感光トランジ
スタに通される。しかしながら前記第１実施形態とは違って、この場合には、論
理的相互接続に影響を与える回路はこれ以上存在しない。従って、この場合、論
理的AND接続となる。しかし、この実施形態の入力ステージ１６は、排他的NOR接
続または排他的OR接続のいずれかをも含むことはいうまでもない。

【００４５】 ２個のチャンネルのそれぞれにおいて、オプトカップラー９６はフィルタ回路
９８を伴っており、このフィルタ回路９８は、周期クロック信号Tの最短パルス
期間よりも短い期間のパルスが抑制されるように設計されている。フィルタ回路
９８の効果は図４のタイミング線図により明らかである。 参照番号１００a、１００bはシュミットトリガ入力を有する２個のインバータ
を示し、これらは濾過された被変調出力信号Dを反転させるのに使用される。そ
の結果、被変調出力信号Dを常に周期クロック信号Tと区別することが可能であり
、それによって２つの信号間の誤った交差接続が評価・断路ユニット２４におい
て感知できる。

【００４６】 安全スイッチ装置９２の特別の長所は、クロック発生器３０から出た周期クロ
ック信号Tが先ず出力端子３４a、３４bを介してハウジング９４から外へ送られ
、次にループ接続部と入力端子３８a、３８bを介して入力ステージ１６へ供給さ
れる。原則として、そしてこれとは対照的に、クロック信号Tをハウジング９４
内の入力ステージ１６に供給することも可能である。しかしながら、逆に、この
実施形態においては、接点を有する信号装置を安全スイッチ装置９２に容易に接
続することができる。これを行なうために、周期クロック信号Tはそのような信
号装置の出力接点を介して入力端子４０a、４０bへ送られる。次に、同時に、入
力ステージ１６の入力端子３８a、３８bに定常高レベルが適用されねばならない
。

【００４７】 回路配置９０の作動方法は、図４の時間座標図により理解できる。この場合の
上部の信号座標図は、信号装置１４から出た特定出力信号４６を示している。図
から明らかなように、この場合には、短いテストパルス１０２が重ねて図示され
ている。このテストパルス１０２の期間T₃は、特定出力信号４６が定常信号レベ
ルにある期間T₁に比較して極めて短い。時間t₁において、光バリア１４が破られ
たと考えられ、これは、このときに特定出力信号４６が高レベルから低レベルに
変化したことを意味する。

【００４８】 第２の信号座標図は周期クロック信号４４を示しており、この周期クロック信
号４４は一定間隔でパルス期間T₂のパルスを有している。パルス期間T₂はテスト
パルス１０２のパルス期間T₃よりもかなり長い。しかしながら、それは特定出力
信号４６の期間T₁よりもかなり短い。 第３の時間座標図は被変調出力信号４８を示している。この被変調出力信号４
８は、２個の信号４６、４４の論理的AND相互接続により得られる。図から理解
されるように、時間t₁において光バリア１４がいったん破られると、被変調出力
信号４８は定常低レベルとなり、評価・断路ユニット２４はそれを断路コマンド
であると判断できる。

【００４９】 第４の信号座標図１１０は、フィルタ回路９８の出力における被変調出力信号
４８を示している。フィルタ回路９８において短いパルス１０２は抑制される。
さらに、これは、安全スイッチ装置９２の入力ステージ１６のフィルタ遅延時間
T₄を考慮に入れている。 第５の時間座標図１１２は、インバータ１００の出力における信号を示してい
る。図から理解されるように、この信号は常に周期クロック信号４４とは異なる
ので、評価・断路ユニット２４は、常にインバータ１００の出力における被変調
出力信号を周期クロック信号４４から分離することができる。これによって、評
価・断路ユニット２４は、誤った交差接続を感知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の回路配置の第１実施形態を示す図であって、安全スイッチ装置の入力
ステージは別のハウジングモジュールに配置されている。

【図２】 図１に示す入力ステージの構成を示す図である。

【図３】 本発明の回路配置の第２実施形態を示す図である。

【図４】 特定出力信号と、クロック信号と、被変調出力信号との間の時間関係を示す図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ボーデ，ホルガー ドイツ連邦共和国，68535 エディンゲン −ネッカルハオゼン，ネッカルハオザー シュトラーセ 69番地 Ｆターム(参考） 5H209 AA06 BB13 DD13 EE05 GG13 HH04 HH31 JJ05 5H223 AA06 BB08 EE13

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設備（２２）の作動状態に応じて特定出力信号（４６；S）を出す信号装置（
   １４）と、特定出力信号（４６；S）に応じてフェールセーフに設備（２２）の
   断路を行なう安全スイッチ装置（１２；９２）とを有しており、前記特定出力信
   号（４６；S）は設備の作動中に一定期間（T₁）にわたって定常信号レベルを有
   している、設備（２２）、特に機械設備の安全な断路を行なうための回路配置で
   あって、 前記安全スイッチ装置（１２；９２）がクロック信号（４４；T）を出すクロ
   ック発生器（３０）と、前記信号装置（１４）から出る出力信号（４６；S）を
   クロック信号（４４；T）とともに変調する入力ステージ（１６）とを有してい
   ることを特徴とする、回路配置。
2. 【請求項２】 前記安全スイッチ装置（１２；９２）が、被変調出力信号（48；D）の関数と
   して設備（２２）の断路を行なうことを特徴とする、請求項１記載の回路配置。
3. 【請求項３】 前記特定出力信号（４６；S）がデジタル信号であり、前記入力ステージ（１
   ６）が、前記特定出力信号（４６；S）を前記クロック信号（４４；T）と論理的
   相互接続することにより変調する論理ユニットを含んでいることを特徴とする、
   請求項１または２記載の回路配置。
4. 【請求項４】 前記論理的相互接続が排他的NOR相互接続であることを特徴とする、請求項３
   記載の回路配置。
5. 【請求項５】 前記論理的相互接続が排他的OR相互接続であることを特徴とする、請求項３記
   載の回路配置。
6. 【請求項６】 入力ステージ（１６）が、前記クロック信号（４４；T）と前記被変調出力信
   号（４８；D）とをフェールセーフに互いに分離する信号プロセシング手段（５
   ６、６６；９６、１００）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜５のいず
   れかに記載の回路配置。
7. 【請求項７】 前記信号プロセシング手段（５６、６６；９６）が前記クロック信号（４４；
   T）と被変調出力信号（４８；D）とを互いにガルバニック分離することを特徴と
   する、請求項６記載の回路配置。
8. 【請求項８】 前記信号プロセシング手段（５６、６６；９６）が、オプトカップラーにより
   、前記クロック信号（４４；T）と被変調出力信号（４８；D）とを互いにガルバ
   ニック分離することを特徴とする、請求項７記載の回路配置。
9. 【請求項９】 前記信号プロセシング手段（１００）が前記被変調出力信号（４８；D）の少
   なくとも１個の信号パラメータを前記クロック信号（４４；T）とは異なるよう
   に変更することを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の回路配置。
10. 【請求項１０】 前記安全スイッチ装置（１２；９２）は、外部からアクセスできる接続ターミ
    ナル（３４〜４２）を備えたハウジング（９４）を含んでおり、前記クロック信
    号（４４；T）は、外側から前記接続ターミナルの少なくとも１個（３８）を介
    して前記入力ステージ（１６）に供給されることを特徴とする、請求項１〜９の
    いずれかに記載の回路配置。
11. 【請求項１１】 前記安全スイッチ装置（１２；９２）は、少なくとも２個の互いに分離可能な
    ハウジングモジュール（１８、２０）を含んでおり、前記入力ステージ（１６）
    は、前記分離可能なハウジングモジュール（１８、２０）の１個（１８）に配置
    されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の回路配置。
12. 【請求項１２】 前記入力ステージ（１６）は、前記クロック信号（４４；T）の最短パルス期
    間（T₂）よりも短い期間（T₃）のパルス（１０２）を抑制できるフィルタ回路（
    ９８）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の回路
    配置。
13. 【請求項１３】 前記特定出力信号（４６；S）が、フィルタ回路（９８）の遅延時間（T₄）よ
    りも長い期間（T₁）にわたって定常信号レベルにあることを特徴とする、請求項
    １２記載の回路配置。
14. 【請求項１４】 前記クロック信号（４４；T）が前記安全スイッチ装置（１２；９２）の評価
    ユニット（２４）により制御されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれ
    かに記載の回路配置。
15. 【請求項１５】 少なくとも入力ステージ（１６）が多チャンネルを有するように設計されてい
    ることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれかに記載の回路配置。
16. 【請求項１６】 信号装置（１４）を接続するための少なくとも１個の入力部（４０）と前記信
    号装置（１４）から出る特定出力信号（S；４６）に基づいてフェールセーフ断
    路プロセスを起動する断路ユニット（２４）とを有している、請求項１〜１５の
    いずれかに記載の回路配置において使用される安全スイッチ装置であって、 当該安全スイッチ装置が、クロック信号（４４；T）を出すクロック発生器（
    ３０）と、前記信号装置（１４）の出力信号（Ｓ；４６）をクロック信号（４４
    ；T）とともに変調する入力ステージ（１６）とを有していることを特徴とする
    、安全スイッチ装置。