JP2014516433A - 安全回路アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】危険なシステム24をフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための安全回路アセンブリを提供する。
【解決手段】前記システム24をフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための、冗長な切り替え信号を生成するよう設計された評価装置12は、複数の回線56、58を介して信号装置14に接続されている。前記信号装置14は、規定の第1状態48a、48bと、他の状態48a’、48b’との間で切り替えることのできるアクチュエータ46を有している。前記評価装置12は、複数の第1信号パルス62を有する第１の規定のパルス信号60を生成し、前記回線56、58により、前記第１の規定のパルス信号を前記信号装置14へと第1方向63に送信し、前記アクチュエータ46が前記規定の第1状態48a、48bにあるときに、複数の第2信号パルス68を有する第２の規定のパルス信号66を生成し、前記回線により、前記第２の規定のパルス信号を前記評価装置12へと送信する。前記第２の規定のパルス信号66は、前記第１の規定のパルス信号60の所定の複製であり、前記第1および第2回線56、58を介して、前記第1および第２の規定のパルス信号60、66の両方が時間内に次々に送信される。
【選択図】図１

Description

本発明は、危険なシステムをフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための安全回路アセンブリに関するものであって、システムをフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための、冗長な切り替え信号を生成するよう設計された評価装置と、複数の回線を介して評価装置に接続された信号装置とを備え、信号装置は、規定の第1状態と、他の状態との間で切り替えることのできるアクチュエータを有する。

評価装置は、複数の第1信号パルスを有する第１の規定のパルス信号を生成し、回線により、第１の規定のパルス信号を信号装置へと第1方向に送信し、信号装置は、アクチュエータが規定の第1状態にあるときに、複数の第2信号パルスを有する第２の規定のパルス信号を生成し、回線により、第２の規定のパルス信号を評価装置へと第2方向に送信し、第２の規定のパルス信号は、第１の規定のパルス信号の所定の複製である。

本発明はまた、そのような安全回路アセンブリ用の評価装置および信号装置に関するものである。

信号装置および評価装置を有するこの種の安全回路アセンブリは、特許文献1より公知である。

安全回路アセンブリは、少なくとも2つの機能決定部品を有する回路構成であり、技術的なシステムの危険な作動を保護するため、すなわち、システムの区域内の人間の健康または命を危くする事故を特に避けるために、相互作用をする。

一方の部品は評価装置であり、しばしば安全リレーまたは安全制御器と呼ばれる。評価装置は通常、システムを危険でない状態にするために、接触器、電磁バルブまたは電動装置などのシステムの1つ以上のアクチュエータへの電力供給路をフェールセーフな仕方で遮断するよう設計されている。大きなシステムの場合、評価装置のこの機能はシステムの部分もしくは区域に制限することができ、または、大きなシステムのさまざまな区域を複数の評価装置により別個に保護してもよい。評価装置は、例えば電気部品が不具合を起こす、ワイヤ接続が損傷を受ける、または、別の不具合事例が起こるなどの不具合が生じた場合でも、安全なシステム状態を保証することが重要である。ゆえに、評価装置は通常、マルチチャネルの冗長性を備えて構成されており、それらは、必要であれば、生じ得る不具合を検知し、遅れずにシステムをスイッチオフするために、監視機能を組み込んでいる。

適切な評価装置は、ユーザーがかなり自由に個々の制御機能を決定することのできるプログラム可能な安全制御器であってもよいが、大部分が製造者によって決定された機能の範囲を有する、より簡単な安全リレーであってもよい。評価装置は通常、欧州規格EN954-1のカテゴリー3以上に関して、国際規格IEC61508のSIL2に関して、または、類似の基準に関してフェールセーフである。

評価装置は、信号装置またはセンサと呼ばれるものの作動状態を監視する。「信号装置」および「センサ」という用語は、以下の文中において同義で使用される。信号装置は、評価装置によって評価される入力信号を伝達する装置であり、他の信号装置からの他の入力信号と組み合わせられて、システムのアクチュエータをそれに依存してスイッチオンまたはスイッチオフしてもよい。多くの場合、信号装置は、かなり簡単なバイナリ情報（例えば、保護的な機械式のドアが閉じているか否か、緊急停止ボタンが押されたか否か、光バリアが遮断されたか否か）を伝達する。さらに、信号装置/センサは、例えばボイラの温度または駆動装置の回転速度といったアナログの測定値を伝達してもよい。

安全回路アセンブリの評価装置は通常、信号装置/センサからの信号から、危険でない作動が予想できる場合にのみ、システムの作動を許可する。しかし、例えば、保護ドアが開いているときに機械の作動を設定するために、保護するための措置を意図的に無効にする場合もある。これらの場合に、機械のオペレータ（操作者）によって作動されなければならない、特別なイネーブルスイッチがしばしば使用される。このようなイネーブルスイッチは安全関連の信号装置でもあるが、その作動は原則として、システムのスイッチオフではなくスイッチオンにつながる。

大きなシステムでは、評価装置に、安全関連の入力信号を伝達する複数の信号装置/センサが存在してもよい。個々の信号装置/センサは評価装置から空間的に離れていてもよいが、これは設置費用が高くなる。機械の作動中に閉じられるスイッチギアキャビネットの外部または潰れ防止管（pinch-proof tube）の外部に延びる回線接続の場合、回線の損傷の結果として生じることのある交差接続短絡は、評価装置により検知されなければならない。ゆえに、安全回路アセンブリの信号装置/センサおよび評価装置の間の接続回線はしばしば多重に冗長に配置されており、これは設置費用をさらに増加させる。

特許文献1は、複数の信号装置がフェールセーフな評価装置に直列に接続されている安全回路アセンブリを記載している。評価装置は2つのイネーブル信号を生成し、2つのイネーブル信号は一連の信号装置を通って、冗長な回線により評価装置に戻される。一連の信号装置が、少なくとも1つの冗長なイネーブル信号を遮断した場合、これは評価装置で検知されて、システムへの電力供給路が遮断される。信号装置の設置により、診断情報を安全回線により評価装置へと送信することを可能にする。ゆえに、この公知の回路アセンブリは、柔軟な診断能力を有する、比較的費用効率のよい構成を提供する。しかし、実際の実施には、冗長なイネーブル信号を評価装置から信号装置に送信し評価装置に再び戻すために、少なくとも4つの別個のワイヤ回線が必要である。また特許文献1の信号装置は、作動電圧を必要とする電子部品を使用しており、信号装置に作動電圧および作動接地を供給するために、通常2つのさらなるワイヤが必要である。ゆえに、このような実施態様は、すでに実現されている利点を考えても依然として高価であり、個々の信号装置および評価装置の間で大きな距離を橋渡ししなければならない場合は特にそうである。例えばスキーリフトを制御する場合、信号装置と評価装置との間に数キロメートルの距離がある場合もあり、このようなときには既存の回線を使用するのが望ましい。しかし原則として、特許文献1に係る実施態様に利用可能な十分な回線ワイヤは存在しない。しかし、空港または大きな工場ホールのような他の製造および/またはコンベヤシステムにおいても、信号装置と評価装置との間に大きな距離がある場合がある。

特許文献2は、評価装置と、評価装置に直列に接続された複数の信号装置とを有する別の安全回路アセンブリを開示している。各信号装置は、常閉接点を有しており、コード信号生成器に結合されており、コード信号生成器は診断目的で、接点が開かれているときに、特徴的なコード信号を評価装置に伝達する。実際の実施には少なくとも3つの回線が必要である。しかし、評価装置のイネーブル信号出力の回線と、評価装置のイネーブル信号入力の回線との間の交差接続短絡は簡単に検知することができないため、より高い安全カテゴリー用に冗長な信号回線が必要とされる。必要であれば、作動電圧および接地用のさらなる回線も要求される。

特許文献3は、信号装置とフェールセーフな評価装置とを有するさらなる安全回路アセンブリを開示している。信号装置は、単一チャネルの様式の1つの接続回線または2チャネルの様式の2つの冗長な接続回線を介して、評価装置に接続されている。単一チャネルの接続自体はフェールセーフな保護を提供せず、危険なシステムの近くに通常配置されている始動キー用に提案されているのみである。一実施形態では、2つの異なるクロック信号がイネーブル信号として、緊急停止ボタンの冗長な接点を介して、フェールセーフな評価装置からフィードバックされることが記載されている。この場合、少なくとも4つの回線が必要になる。ここでも、さらなる回線が通常、作動電圧および/または接地を信号装置に供給するために必要とされる。

特許文献4は、複数の信号装置および評価装置を有しており、2つの評価装置が、異なるシャットダウングループを有する制御システムを形成するために、互いに直列に接続されている、安全回路アセンブリを記載している。実施形態では、評価装置は単一チャネル接続回線を介して連結されており、単一チャネル接続回線を介して、静的な信号成分および動的な信号成分を有する電位関連の切り替え信号が送信される。それでも、実際の実施には、接続された評価装置用に共通の接地回線が必要である。くわえて、各評価装置には作動電圧が必要であるので、評価装置を連結するための回線の実際の数は、「単一チャネル接続回線」という用語が示唆すると思われるものよりも多くなる。

特許文献5から、第1および少なくとも1つの第2位置の間を移動することのできる、制御素子を有する緊急停止ボタンが公知となっている。制御素子の位置を検知するための検知器素子は、個々のトランスポンダ識別とトランスポンダ識別用の読み取りユニットとを有するトランスポンダを備えている。緊急停止ボタンは、試験信号を供給するための信号入力を有しており、それによってトランスポンダ識別からの読み出しを試験目的のために抑制することができる。くわえて、緊急停止ボタンが検知器素子の情報をフェールセーフな評価装置に送信できるようにする供給電圧、接地および信号出力用に、接続が必要である。ゆえに、少なくとも4つの回線が、緊急停止ボタンを従来の評価装置に接続するために必要である。

さらなる信号装置が特許文献6から公知である。信号装置のアイドル位置において、切り換え素子は開かれている。特定の作動位置において、切り換え素子は閉じられている。信号装置をフェールセーフな評価装置に接続するための詳細は開示されていない。

当業者にとってもASI（アクチュエータセンサインターフェース）バスと呼ばれるフィールドバスシステムは公知である。ASIバスは、特別な2ワイヤのケーブルにより実施することができ、自動化されたシステムのフィールドレベルでセンサおよびアクチュエータをネットワーク化するために使用される。ASIバスマスタがASIバスに接続されたセンサにポーリングする。これらは、ASIバスマスタに対するそれらのそれぞれのセンサ状態により応答する。このシステムは2回線ワイヤで間に合うが、特別なバスプロトコルを実施することのできる特別なインターフェースチップを必要とする。冒頭で言及した種類の安全回路アセンブリ用には、評価装置および信号装置の両方が、ASIバスに適合したインターフェースチップと、ASIバスケーブルへの特別な接続とを有していなければならないが、これは、多くの簡単な信号装置用には複雑かつ高価過ぎる。

特許文献7から、作動電圧および制御信号の両方が、2ワイヤの接続回線により、評価装置から磁気バルブ（すなわちアクチュエータ）へ送信される非安全回路アセンブリが公知である。

独国特許出願公開第10 2004 020 997号明細書 独国特許出願公開第199 11 698号明細書 独国特許出願公開第100 11 211号明細書 独国特許出願公開第102 16 226号明細書 独国特許出願公開第103 48 884号明細書 独国特許出願公開第100 23 199号明細書 独国特許出願公開第43 33 358号明細書

DE10 2010 025 675.7という出願番号を有する、非公開の出願では、簡単な2ワイヤ回線を介して遠方の評価装置に接続することのできる、安全回路アセンブリ用の信号装置が記載されている。しかし、それぞれの信号装置は、最初に作動される前に、評価装置で個々に教示されなければならない。

このような背景で、本発明の目的は、信号装置と評価装置とが互いに空間的に遠く隔たっている場合に特に、信号装置と評価装置との間の、より費用効率がよく、かつ、それと同時にフェールセーフな接続を可能にする安全回路アセンブリを提供することである。

本発明の第1局面によれば、この目的は、信号装置が、第1および第2回線を有する単独の対の回線を介して評価装置に接続された状態であり、第1および第2回線を介して第1および第2の規定のパルス信号が次々に時間内に(one after the other in time)送信される、最初に言及した種類の安全回路アセンブリにより達成される。

それに応じて、規定の第1状態と、他の状態との間で切り替えることのできるアクチュエータと、1対の回線を形成する第1および第2回線を接続するための1対の接続端子と、アクチュエータが規定の第1状態にあるときに、1対の回線を介して、複数の第1信号パルスを有する第１の規定のパルス信号を受信し、第１の規定のパルス信号に応答して、1対の回線上に複数の第2信号パルスを有する第２の規定のパルス信号を生成するよう設計された、少なくとも1つのパルス生成器とを備え、第２の規定のパルス信号は、第１の規定のパルス信号の所定の複製である、冒頭で言及した種類の安全回路アセンブリで使用するための信号装置が提案される。

さらに、1対の回線を形成する第1および第2回線を接続するための第1対の接続端子と、フェールセーフな切り替え信号を出力するためのさらなる接続端子と、1対の回線上に、複数の第1信号パルスを有する第１の規定のパルス信号を生成するよう設計された、少なくとも1つの評価回路とを備え、評価回路は、1対の回線を介して、複数の第2信号パルスを有する第２の規定のパルス信号を受信し、第２の規定のパルス信号を第１の規定のパルス信号と比較するよう、さらに設計されており、評価回路は、第２の規定のパルス信号が第１の規定のパルス信号の所定の複製であるかに応じて、さらなる接続端子で、フェールセーフな切り替え信号を生成するよう設計されている、冒頭で言及した種類の安全回路アセンブリで使用するための評価装置が提案される。

信号装置および評価装置の両方は、1対の回線を接続するための接続端子が配置され、それぞれの機能決定部品が収容される、それぞれの独自の装置ハウジングを有しているのが好ましい。

このように、本新規な安全回路アセンブリは、信号装置を評価装置に接続する1対の回線を使用している。いくつかの実際の実施態様では、1対の回線は、第1および第2回線が互いに恒常的に接続された、2ワイヤ回線である。しかし、1対の回線はまた、2つの別個の単独の回線からなっていてもよく、または、マルチワイヤケーブルの2つのワイヤで形成されていてもよい。すべての場合に、パルス信号が、評価装置と信号装置との間で遅れずに交番し、双方向に使用される回線2つのみを介して交換される。

このため、公知の安全回路アセンブリと比較して、評価装置と信号装置との間の接続回線の数を、最小限に低減することができる。好ましい実施形態では、本新規な信号装置は、厳密に2つの回線を介して、空間的に遠方の評価装置に接続されている。これらの場合、本新規な信号装置は、評価装置へのさらなる接続回線（特に、接地接続用の第3の回線）を必要としない。しかし、他の実施形態では、さらなる接続回線が、1対の回線の2つの回線に加えて、例えば、信号装置に作動電圧を供給するため、または、他の目的のために、信号装置と評価装置との間に設けられていてもよい。しかし、これらの場合、本新規な安全回路アセンブリは、情報を運ぶ信号が、信号装置と評価装置との間で、双方向に使用される1対の回線を介して、互いに反対の方向に送信されるという事実からも益を得ている。

本新規な安全回路アセンブリは第１の規定のパルス信号を使用しており、第１の規定のパルス信号により、評価装置は信号装置におけるアクチュエータの規定の第1状態を監視する。第１の規定のパルス信号は非安定状態の（動的な）信号である。すなわち、アクチュエータ状態における電位変化を検知するために評価装置が第１の規定のパルス信号を信号装置へ繰り返し送信する時間間隔と比較して小さい、規定の時間間隔内に、それが変化するということである。動的な信号により、いわゆる縮退故障（stuck-at fault）が、誤ったアクチュエータ状態を評価装置に対してシミュレートする危険が極めて低くなる。

評価装置は第１の規定のパルス信号を生成し、信号装置から、第１の規定のパルス信号の所定の複製である第２の規定のパルス信号を予期する。このようにして、評価装置は、アクチュエータが規定の第1状態にあり、かつ、加えて、安全回路アセンブリにエラーがないときにのみ、信号装置により応じられる予期の傾向を生成する。接続回線の回線破断または信号装置における作動エラーは、信号装置が、評価装置により規定された予期の傾向に応じることができないことにつながる。次いで、評価装置は危険なシステムをスイッチオフし、または、それを他のやり方で安全な状態にする。評価装置は、予期されることになる信号を事前に決定し、第１の規定のパルス信号の送信に続く規定の時間ウィンドウ内に、信号装置の応答を予期するので、技術的なシステム内で生じる別の信号が、信号装置からの有効な信号であると誤って解釈される可能性は少ない。

くわえて、本新規な安全回路アセンブリは、非常に簡単で、かつそれゆえに費用効率のよい回路により、信号装置を実施することができるという利点を有している。回路は、アクチュエータがその第1規定状態にある場合に、1対の回線を介して受信された第１の規定のパルス信号を再生し、まさにこの1対の回線を介して第２の規定のパルス信号として送り返すように本質的に設計されている。ゆえに、第1および第２の規定のパルス信号は、信号特性に関して非常に似ている。いくつかの実施形態では、第1および第２の規定のパルス信号はほぼ同一である。他の実施形態では、第２の規定のパルス信号は第１の規定のパルス信号と異なっていてもよく、それは、例えば、これが第１の規定のパルス信号と比べて反転されているため、これが第１の規定のパルス信号と比べて異なるパルス長を有しているため、および/または、これが、だいたい規定の数のパルスを有しているためであってもよい。しかし、第1および第２の規定のパルス信号の間の相違は、第１の規定のパルス信号にコード化された個々の特性および/または情報が大部分保持され、その結果、評価装置が、個々の学習手順なしに、第２の規定のパルス信号を第１の規定のパルス信号への有効な応答として検知できるものである。

いくつかの実施形態では、第１の規定のパルス信号は、第２の規定のパルス信号内に少なくとも顕著に含まれてもいるビットシーケンスを表している。評価装置により信号装置へ送られるビットシーケンスの顕著な部分が評価装置へ再び送り返される限り、信号装置により個々のビットを追加または削除することができる。信号装置は第１の規定のパルス信号を再生するので、本新規な安全回路アセンブリは、個々の信号装置に対して評価装置を構成するための学習プロセスを必要としない。

ある面、本新規な安全回路アセンブリは、冒頭で言及した先行技術の安全回路アセンブリで使用される信号ループを模倣している。それにより、イネーブル信号が、評価装置から信号装置を介して評価装置へと戻るように供給される。しかし、公知のアセンブリと異なり、信号装置は、評価装置から動的に得られた監視信号を複製し、往路に関し、復路用と厳密に同じ対の回線を使用する。これは、単一の対の回線を介して、第1および第２の規定のパルス信号が次々に遅れずに送信されるという事実により可能となる。それに応じて、評価装置および信号装置は、第1および第２の規定のパルス信号の間の時間間隔を指定する、規定の一時的な挙動を有する。

しかし、双方向に使用される回線を有する他の通信リンクと異なり、本新規な安全回路アセンブリは、例えばハンドシェイクメカニズムなどのプロトコル手段を省くことができる。これは、評価装置と信号装置との間で送信される信号が本質的に評価装置によって決定され、信号装置は、評価装置から受け取ったパルス信号を、再生した形態で評価装置へと戻すのみであるからである。

全体として、本新規な安全回路アセンブリは、評価装置と、アクチュエータ（その状態は、危険なシステムをそれに応じてフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフために、評価装置により監視されなければならない）を有する、空間的に遠方の信号装置との間の、非常に簡単で、かつ、費用効率のよい接続を提供する。原則として、評価装置のための信号装置の個々のトレーニングは必要でない。これは、信号装置が本質的に第１の規定のパルス信号を複製するからである。ゆえに、上述した目的は完全に達成される。

本発明の改良形態では、第1回線が第１の規定のパルス信号を送信し、第2回線が第1基準電位を運び、かつ、第2回線は第２の規定のパルス信号を送信し、第1回線は第2基準電位を運ぶ。それぞれの基準電位は、第1および第２の規定のパルス信号の信号パルスがそれぞれ、2つの回線の一方に本質的に現れ、2つの回線の他方が大部分静的な電位を運ぶよう、実質的に静的であるのが好ましい。好ましい実施形態では、パルス信号の信号パルスは、2つの回線の間に存在する電圧パルスであり、回線の一方はそれぞれ、他方のための基準電位を運んでいる。

この改良形態では、2つの回線はそれぞれ、第1および第２の規定のパルス信号の送信の方向に依存して、それらの機能を交換する。第１の規定のパルス信号は第1回線に本質的に現れ、第2回線は基準電位を運ぶ。このようにして、情報を運ぶ信号パルスが生成され、本質的に第1回線上を送信される。それに対して、第２の規定のパルス信号の情報を運ぶ信号パルスは、本質的に第2回線上を送信される。このように、評価装置から来る第１の規定のパルス信号および評価装置へと戻る第２の規定のパルス信号は、1対の回線の異なる回線上を送信される。

この改良形態により、交差接続短絡の、より良い検知（すなわち、損傷した、または、誤って接続された回線による、一方または両方の回線上での不具合信号投入）が提供される。評価装置が第１の規定のパルス信号を、本質的に2つの回線の一方上で発し、それが2つの回線の他方上で遅れずに遅延されることを予期するという事実により、第1回線上で発せられるパルス信号が、戻りの第２の規定のパルス信号として誤って検知される可能性は事実上排除される。2つの基準電位が互いに異なっている場合、特に簡単で、かつ、信頼できる実施態様がさらに得られる。これは、そのとき、基準電位により、2つの回線の間の交差接続短絡を、すでに検知しておくことができるからである。

さらなる改良形態では、信号装置は、アクチュエータが規定の第1状態にある場合にのみ、第２の規定のパルス信号を生成する。

この改良形態では、アクチュエータが規定の第1状態にない場合、信号装置は、「沈黙した（mute）」ままである。代替案として、他の改良形態では、アクチュエータの状態に応じて、信号装置が評価装置に異なるパルス信号を送ることが可能である。それに対して、ここで好まれる実施形態には、信号装置を、より簡単に、そしてそれゆえに、より費用効率のよい仕方で実施できるという利点がある。くわえて、この実施形態では、信号装置は、信号ループが評価装置から信号装置を介して行われ評価装置に戻される、従来の信号装置と大部分互換性のある仕方で挙動する。

さらなる改良形態では、第１の規定のパルス信号は、評価装置をはっきりと識別する、所定の識別子を備えている。いくつかの実施形態では、所定の識別子は、評価装置の製造者により定められ、評価装置に恒久的に記憶される固有のシリアルナンバーである。

第２の規定のパルス信号は第１の規定のパルス信号の所定の複製であるため、第２の規定のパルス信号は所定の識別子をも含んでいる。本改良形態には、評価装置が、はっきりした識別子により「その」パルス信号を識別できるという利点がある。例えば、スイッチギアキャビネット内に互いに並んで取り付けられた、同一の種類の2つの評価装置が、他方の評価装置に属するパルス信号を、有効な第２の規定のパルス信号であると誤って解釈する危険は、さらに低減される。ゆえに、この改良形態により、より大きな耐故障性が提供される。

少なくとも第１の規定のパルス信号が本質的に、所定の識別子からなっていれば（すなわち、第１の規定のパルス信号が、所定の識別子以外に、さらに重要な情報を運ぶ信号成分を有していなければ）、特に有利である。これは、第１の規定のパルス信号がこの場合短くて、不具合の場合に、または、アクチュエータの起動の場合に、危険なシステムをより急速に停止させるからである。

さらなる改良形態では、信号装置は、第1および第2回線を介して評価装置により充電されるエネルギー貯蔵器を有している。

この改良形態では、本新規な信号装置は、追加の電圧供給回線なしに作動する。なぜなら、これは、第２の規定のパルス信号を生成するのに必要なエネルギーを、1対の回線を介して評価装置から得るからである。本改良形態により、信号装置と評価装置との間に厳密に2つの接続回線を有し、信号装置に追加の電源のない、非常に有利な実施態様が提供される。いくつかの実施形態では、信号装置のエネルギー貯蔵器は、第１の規定のパルス信号の信号パルスを介して、排他的に充電される。他の実施形態では、第１の規定のパルス信号を送信する前または後に、評価装置が信号装置内のエネルギー貯蔵器を充電する、特別な「充電サイクル」を、代替案として、または、追加で提供することができる。

さらなる改良形態では、信号装置は、冗長な仕方でアクチュエータの第1状態を監視する、第1チャネルおよび第2チャネルを有している。

この改良形態では、ただ2つの接続回線という低減された数にもかかわらず、本新規な信号装置が、マルチチャネルの装置として実施されている。ゆえに、本信号装置により、アクチュエータの監視に際して、より高度な耐故障性が提供される。

さらなる改良形態では、第1および第2チャネルの両方が第2信号パルスを生成する。

この改良形態では、評価装置が、冗長なチャネルのそれぞれから応答メッセージを取得するよう、両方のチャネルが第２の規定のパルス信号の生成にかかわっている。いくつかの実施形態では、例えば、チャネルが第２の規定のパルス信号の個々の信号パルスを交互に生成することで、信号装置の2つ（以上）のチャネルが、第２の規定のパルス信号を共同で生成することができる。別の実施形態では、信号装置のチャネルが第２の規定のパルス信号を交互に生成する。ゆえに、2チャネルの信号装置の場合、各チャネルは、第１の規定のパルス信号の各第2受信のみに「応答する。」
さらなる改良形態では、第1チャネルおよび第2チャネルは、互いに平行に2つの回線に接続されている。

この改良形態により、信号装置のチャネルが実質的に同一に構成された、非常に簡単で、かつ、費用効率のよい実施態様が提供される。冗長なチャネルが第２の規定のパルス信号を共同で生成するよう意図されている場合にも、本改良形態は有利である。代替案として、第１の規定のパルス信号が、例えばアドレスビットの形態でチャネル選択情報を含んでいることも可能である。アドレスビットにより、評価装置は、信号装置の冗長なチャネルのどれが第２の規定のパルス信号を生成することになるかを判断することができる。最後に言及した変形例では、信号装置のチャネル1つだけが故障した場合に、有利な診断能力が提供される。これは、評価装置が、信号装置のチャネルのどれが問い合わせされているかを判断することができるからである。

さらなる改良形態では、第1チャネルおよび第2チャネルは、互いに逆平行に2つの回線に接続されている。

この改良形態では、信号装置の2つのチャネルは回線に平行に接続されているが、これらは異なる極性を有した状態でそうされている。その結果、評価装置は、2つの接続回線上の信号の極性により、信号装置の冗長なチャネルのどれが第２の規定のパルス信号を生成することになるかを選択することができる。この改良形態も、信号装置のチャネル1つだけが機能不全を起こした場合に、有利な診断を提供する。くわえて、本改良形態には、第１の規定のパルス信号をアドレスビットなしに形成することができ、そしてそれゆえに、短くすることができるという利点がある。この改良形態のさらなる利点として、接続端子の極性が、作動の過程でいずれの場合にも変更されるため、評価装置および信号装置で任意となるという点がある。

さらなる改良形態では、信号装置は、アクチュエータの状態に応じて開かれる、または、閉じられる、少なくとも1つの起動スイッチと、第２の規定のパルス信号を生成する、少なくとも1つのパルス生成器とを有しており、少なくとも1つのアクチュエータスイッチは、パルス生成器と回線の対との間に配置されている。

この改良形態では、第２の規定のパルス信号を生成するパルス生成器は、アクチュエータがその第1規定の状態にないときに、アクチュエータスイッチにより、1対の回線から切り離されている。本改良形態により、アクチュエータがその第1規定の状態にあるときにのみ、信号装置が第２の規定のパルス信号を評価装置に送ることができる、非常に簡単で費用効率のよい実施態様が提供される。

さらなる改良形態では、信号装置は、第２の規定のパルス信号を生成する、少なくとも1つのパルス生成器を有しており、少なくとも1つのパルス生成器は、第1および第2回線を互いに短絡させるよう設計されたスイッチを有している。この改良形態では、評価装置は好ましくは、評価装置が2つの回線の一方上で、規定の高い電位を生成することができ、かつ、信号装置が第２の規定のパルス信号を生成することのできる、プルアップ抵抗器を有している。

この改良形態により、非常に簡単で費用効率のよい、信号装置の実施態様が提供される。これは、第２の規定のパルス信号用の信号パルスを生成するために、パルス生成器が、2つの回線上に存在する電位を短絡させるだけでよいからである。くわえて、信号装置は、第２の規定のパルス信号を送るために、わずかなエネルギーしか必要としない。

さらなる改良形態では、少なくとも1つのパルス生成器は、第1スイッチとともにプッシュプル段を形成する第2スイッチを有している。

この改良形態では、パルス生成器は少なくとも2つのスイッチを有しており、少なくとも2つのスイッチにより、1対の回線の「送信回線」を2つの異なる電位の一方に交互にプルすることができる。回線が各信号パルスにより動的に再充電されるため、本実施形態によって、より高い送信率が得られる。アクチュエータの起動の場合および/または不具合が生じた場合に、安全回路アセンブリが速やかに応答する上で、より高い率は有利である。

さらなる改良形態では、評価装置は第１の規定のパルス信号の第1シリーズを生成し、信号装置は第２の規定のパルス信号の第2シリーズを生成し、第1シリーズは、複数の第1ディジットを有するデータワードを形成し、第2シリーズは、複数の第2ディジットを有するデータワードを形成しており、第1および第2ディジットは、1対の回線を介して交互に送信される。

この改良形態では、各パルス信号は、評価装置と信号装置との間で交換される全体の情報の一部のみを伝送する。評価装置が信号装置に、例えば、n個のディジットを有するシリアルナンバーを送信する場合、信号装置は、個々のディジットそれぞれのあとに、第２の規定のパルス信号を評価装置に送り返すことができ、その結果、n個の第1および第２の規定のパルス信号のシリーズによって、全体のシリアルナンバーのみが交換される。他方、本改良形態により、高度なディテーリングを有するマルチディジットの個々の識別子が提供される。すなわち、同一の種類の2つの評価装置が同一の識別子を使う可能性がさらに低減される。他方、本新規な安全回路アセンブリは、信号装置の停止命令に速やかに応答することができる。これは、信号装置が、評価装置にパルス信号を送り返す前に識別子全体を受信するのを待つ必要がないからである。くわえて、この実施形態は、評価装置と信号装置との間の信号のさらなる活性化につながる。これは、送信されたパルス信号が、シリーズ内で、互いに少なくとも部分的に異なっているからである。ゆえに、2つの接続回線上の交差接続短絡を、より信頼できる仕方で除去することができる。

本発明の安全回路アセンブリの実施形態を示す模式図である。 図1の安全回路アセンブリ用の信号装置の実施形態を示す模式図である。 本発明の信号装置のさらなる実施形態を示す模式図である。 本発明の安全回路アセンブリのさらなる実施形態を示す模式図である。 さらなる実施形態における本発明の安全回路アセンブリの信号装置および評価装置の間の通信を示す模式図である。

上記特徴および以下の文中で説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、それぞれ明記された組み合わせのみならず、他の組み合わせでも、または、単独でも使用することができる。

本発明の実施形態を図面に示し、以下の記述において、より詳細に説明する。

図1では、本発明の実施形態の安全回路アセンブリ全体が参照番号10により示されている。安全回路アセンブリ10は評価装置12および信号装置14を備えている。この実施形態では、評価装置12は、大部分指定された範囲の機能を有する安全リレーである。これは、信号装置14からの入力信号を処理するために設計されており、それに応じて、例えば接触器、磁気バルブまたは電気駆動装置などのアクチュエータをスイッチオンまたはスイッチオフする。安全リレーの代わりに、評価装置12はプログラム可能な安全制御器であってもよい。

評価装置12は冗長なマルチチャネルを有し、監視されたシステムを不具合が起きたときに安全な状態にするために、内部の部品破損、ならびに、信号装置14との接続における、および、信号装置自体における外部の不具合を検知するよう設計された試験機能を有している。評価装置12は、欧州規格EN954-1のカテゴリー3以上に関して、国際規格IEC61508のSIL2に関して、または、類似の基準に関してフェールセーフである。

概説すれば、評価装置12の２つの冗長な信号処理チャネルが図１に、２つのマイクロコントローラ16a、16bの形態で示されている。マイクロコントローラ16a、16bはそれぞれスイッチ素子18a、18bを駆動し、互いを監視するために、適切なインターフェースを介して互いに通信する。マイクロコントローラに代わって、または、マイクロコントローラに加えて、評価装置12はマイクロプロセッサ、ASIC、FPGAまたは他の冗長な信号およびデータ処理回路を有していてもよい。

スイッチ素子18はここでリレーとして示されており、常開接点を有し、互いに直列に配置されている。常開接点は、電源22と、ここで機械設備を記号で表す電気駆動装置24との間の電力供給路20を形成する。言うまでもなく、機械設備は、実際の場合に、複数の電気駆動装置および他のアクチュエータを有していてもよい。

本発明はまた、製造機械という意味での機械設備に限定されない。むしろ、これは、作動時に危害を及ぼし、そのような場合に、特に電力供給路20を遮断することにより、規定の状態にする必要のある全ての技術的なシステムで使用することができる。リレー18の代わりに、または、リレー18に加えて、評価装置12は電子的なスイッチ素子、特にパワートランジスタを有していてもよい。実施形態では、評価装置12はリレーの代わりに、複数の冗長な電子的なスイッチ素子を有しており、複数の冗長な電子的なスイッチ素子はそれぞれ、電位関連の出力信号を供給し、電位関連の出力信号により、外部の接触器、電磁バルブなどを駆動することができる。

評価装置12は、個々の部品（特にマイクロコントローラ16およびスイッチ素子18）が配置された装置ハウジング26を有している。装置ハウジング26には接続端子が配置されており、接続端子のいくつかに、ここでは参照番号28、30、32、34、36および38を付している。

接続端子28はここで、特にマイクロコントローラ16（ここに詳細は示さない）に供給するために必要な、評価装置12用の作動電圧U_Bを供給するための接続端子である。作動電圧U_Bは例えば24ボルトの直流電圧である。接続端子32は、供給電圧U_B用の基準として機能する接地接続である。ゆえに、接続端子32はこの場合、評価装置12の装置接地端子である。

接続端子32および34は、1対の回線（例えば、信号装置14を評価装置12に接続する2ワイヤケーブル35）を接続するための接続端子である。評価装置12は、回線のさらなる対を接続するために、さらなる接続端子32、34を有している。接続端子36および38は、例として、アクチュエータを接続するために使用される複数の接続端子用に指定されている。この場合、接続端子36は電源22の一つの相に接続されている。駆動装置26の一つの相が接続端子38に接続されている。

評価装置12はここで、接続端子32を接続端子28で作動電圧U_Bに接続する、プルアップ抵抗器40を有している。原則として、接続端子32での電位は作動電圧U_Bの電位に「プルアップ」されている。これは、以下の文中で説明する信号装置と連携した、特に好ましい実施態様である。プルアップ抵抗器40は例えば接続端子28、30内に組み込むことができる。他の実施形態では、プルアップ抵抗器40は評価装置12の外部に配置することができ、または、全くなくても構わない。

信号装置14は、この場合に手動で作動される押しボタンであるアクチュエータ46を有している。アクチュエータ46はここで、2つの電気接点48a、48bに接続されている。2つの電気接点48a、48bはアイドル状態では閉じられており、キースイッチが作動されたときに開かれる（常閉接点）。常閉接点48a、48bの閉じられた状態はここで、本発明の意味において、規定の第1状態に対応する。この規定の第1状態は評価装置12により検知され、それに応じてスイッチ素子18a、18bを閉じる必要がある。

例えば、信号装置は緊急停止押しボタンである。緊急停止ボタンのアクチュエータ46は通常の場合には押されず、駆動装置24は作動できるようにされている。しかし、アクチュエータ46が緊急状態で押された場合、駆動装置は直ちに停止しなければならない。さらに、例えば、接点48a、48bの一方が完全に閉じられていないため、および/または、1対の回線35が破損しているために、評価装置12がアクチュエータの安全な（押されていない）第1状態をはっきりと検知できない場合、駆動装置24は駆動してはならず、または、停止されなければならない。

信号装置14は、保護ドアスイッチ、位置スイッチ、光バリア、両手操作式のキースイッチ、開始ボタンまたは別の信号装置であってもよく、その状態に応じて技術的なシステムがフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフされることになる。接点48a、48bの代わりに、または、接点48a、48bに加えて、信号装置14は、アクチュエータの少なくとも1つの規定の状態を信号送信する、光学的な、誘導性の、容量性の、または、他の検知器を含んでいてもよい。

アクチュエータ46は、バネ素子（図示せず）を介して、規定の第1状態へと事前に負荷しておくことができる。アクチュエータ46がバネ素子の力に逆らって下方に押された場合、アクチュエータ46は接点48a、48bを開く。これは、参照番号48a’、48b’の点線で、図1に例として示されている。開かれた接点48a’、48b’はここで、本発明に関連した他の状態を示しており、評価装置12はこれに反応しなければならない場合がある。

信号装置14は、2つの接続端子52、54が配置された装置ハウジング50を有している。接続端子52、54では、1対の回線35が接続されており、空間的に遠方の評価装置12につながっている。信号装置14は、正確に2つの回線を接続するために、正確に2つの接続端子52、54を有している。他の実施形態では、信号装置14は、例えば、信号装置の電子部品用の作動電圧を供給するために、さらなる接続端子（ここでは図示せず）を有していてもよい。さらに、信号装置14はさらなる接続端子（ここでは図示せず）を有していてもよく、さらなる接続端子は、信号装置のカスケードの配置、または、直列の配置を提供し、その際、直列の配置の信号装置1つだけが、評価装置12に接続される。

信号装置14は、2ワイヤケーブル35の2つの回線56、58を介して、評価装置12に接続される。第1回線56は、信号装置の接続端子54から評価装置の接続端子34へとつながっている。第2回線58は、信号装置の接続端子52から評価装置の接続端子32へとつながっている。作動中、評価装置12は、第1方向63に向かって、回線56を介して信号装置14へ、複数の信号パルス62を有する第１の規定のパルス信号60を送る。パルス信号60は接続端子54から、信号装置内の2つの回路64a、64bへ送信される。

回路64a、64bは、受信された（第1）パルス信号60を再生するため、および、それを、第2方向69に向かって評価装置12へ、複数の（第2）信号パルス68を有する第２の規定のパルス信号66として送信するよう設計されている。信号パルス62、68は、例えば2つの回線56、58の間で測定することのできる電圧の電圧パルスである。（第2）回線58は、実質的に安定状態の基準電位を運び、評価装置12は、第1回線56上で、第１の規定のパルス信号60の信号パルス62を生成する。逆に、回線56は、実質的に一定の接地電位を運び、信号装置14は、回路64a、64bにより、回線58上で、再生されたパルス信号66を生成する。

図1の表現から分かるように、接点48aは、回路64aの信号出力と接続端子52との間に配置されている。同様に、接点48bは、回路64bの信号出力と接続端子52との間に配置されている。それに応じて、回路64は、接点48a、48bが開かれている（参照番号48a’、48b’）ときには（すなわち、アクチュエータ46が、その第1規定状態にないときには）、回線58上で第２の規定のパルス信号66を生成することができない。

図1にも示唆されているように、第１の規定のパルス信号60および第２の規定のパルス信号66は同一信号である必要はない。例えば、それぞれを送信する装置から来る信号パルス62、68が、互いに対して反転されることで、第２の規定のパルス信号66が第１の規定のパルス信号60の所定の複製とされていれば十分である。2つのパルス信号60、66の間の相違はまた、他方の回線上の各基準電位が異なっているという事実から来ていてもよい。しかし、これら、および、生じ得る他の相違にかかわらず、信号装置14は、評価装置12から送られた第１の規定のパルス信号60を規定のやり方で再生し、その結果、アクチュエータ46がその規定の第1状態にある場合に、評価装置12が信号装置14からの「反響」を受信するようにする。

以下の文中で、再生された第２の規定のパルス信号66の生成は、信号装置14の好ましい実施形態により、例によって説明される。同一の参照符号は、この文脈において先行するものと同一の要素を示す。

図2によれば、信号装置14は、それぞれがパルス生成器として機能する2つの回路64a、64bを有している。回路64a、64bはそれぞれ信号入力70および信号出力72を有している。2つの回路64a、64bの信号入力70はそれぞれ、常閉接点48a、48bの一方を介して、回線58に接続されている。図2では、後者はRX（受信）回線と呼ばれている。これは、評価装置12が、再生された第２の規定のパルス信号66の信号パルス68を、回線58を介して受信するからである。

各回路64a、64bの信号出力72はそれぞれ、1つのスイッチ素子を駆動する。図示した実施形態では、スイッチ素子はそれぞれ、2つのトランジスタ76、78で形成されたプッシュプル段である。トランジスタ76、78は例えば電界効果トランジスタである。しかしまた、バイポーラトランジスタまたは他のスイッチ素子があってもよい。トランジスタ76、78のゲート（ソース）は、各回路64aおよび64bの信号出力72につながるノードで組み合わされている。同様に、トランジスタ76、78のドレイン端子はノード80で組み合わされている。ノード80は、常閉接点48a、48bそれぞれを介して、回線58に接続されている。

各トランジスタ76のソース端子は、（逆方向の）各ダイオード82と、通常は閉じられた各接点48a、48bとを介して、回線58に接続されている。それに対し、各トランジスタ78のソース端子は直接、回線58に接続されている。

通常プルプッシュ段を有するトランジスタ76、78は、互いを補完する仕方で作動する。すなわち、トランジスタ76はトランジスタ78が切断されているときに働き、かつ、その逆が生じる。

プルプッシュ段74a、74bと平行して、ここには各コンデンサ84a、84bが配置されている。コンデンサ84a、84bはそれぞれ、回線56、58を介して評価装置12から充電することのできるエネルギー貯蔵器を形成している。これに応じて、各コンデンサ84a、84bは、関連する回路64a、64b用に作動電圧を供給する。

図2の信号装置14は、図1の評価装置12と、以下の仕方で協働する。初めて作動されるとき、評価装置12はまず、図1に参照番号86で示すように回線56に接地電位を印加することにより、信号装置14中のエネルギー貯蔵器64a、64bを充電する。回線58は、プルアップ抵抗器40を介して作動電圧U_Bの電位までプルアップされるので、作動電圧U_Bは回線56、58の間に存在する。コンデンサ84a、84bは作動電圧U_Bまで充電される。例として、作動電圧U_B＝24Vと仮定しておく。これに応じて、コンデンサ48a、48bは、短い充電期間ののち、それぞれが24Vまで充電される。この作動電圧は、評価装置12が回線56、58上の電位を変更したときに、回路64a、64bに対しても使用可能である。

コンデンサ84a、84bの初期の最初の充電後、評価装置12は第１の規定のパルス信号60を信号装置14に送る。ここに示す実施形態では、評価装置12は回線56上に高い水準および低い水準を交互に生成し、高い水準は例えば24Vであり、低い水準は0Vである。評価装置12が低い水準（0V）を回線56上に生成しているとき、回線56、58の間に24Vの電位差が存在する。これは、第2回線58がプルアップ抵抗器40を介して作動電圧U_Bの電位までプルアップされるからである。ゆえに、回路64a、64bは、その各信号入力70において、高い水準を「見る。」
評価装置12が回線56に高い水準（24V）を印加しているとき、回線56、58の間の電位差は0Vとなる。回路64a、64bは、その各信号入力70において、低い水準を「見る。」これにかかわらず、作動電圧は回路64a、64bのために維持される。これは、コンデンサ84a、84bが、ダイオード82に起因する回線56上の電位の変化についていけないからである。

評価装置12が、回線56に高い水準および低い水準を有する所定のパターンを印加していることにより、評価装置12は、回線56上に第１の規定のパルス信号60を生成する。信号装置14中の回路64a、64bは、その各信号入力70において、第１の規定のパルス信号60を読み込む。第１の規定のパルス信号60が評価装置12から信号装置14へ完全に送信されるとすぐ、信号装置14は、接点48a、48bが閉じられていない限り、再生されたパルス信号66を評価装置12へ送り返すことにより応答する。

回路64a、64bは、互いに対して交互に、第２の規定のパルス信号66を生成する。すなわち、回路64aがまず第２の規定のパルス信号66のみを生成する。次いで、第2回路64bが、次の通信サイクルで、ここでも第２の規定のパルス信号66のみを生成する。続いて、第1回路64aが再び、評価装置12からの第１の規定のパルス信号60に応答して、各場合に第２の規定のパルス信号を生成する。他の実施形態では、回路64a、64bは、パルス信号66の個々の信号パルス68を交互に、または、別の所定のパターンに従って生成することにより、第２の規定のパルス信号66を一緒に生成することができる。

評価装置12は、第１の規定のパルス信号60に含まれたアドレスビットにより、2つの回路64a、64bのどちらが第２の規定のパルス信号66を生成するかを選択できる。この場合、例えば機能不全（第1および第2回路64a、64bからの相反する第２の規定のパルス信号）の場合に、接点48a、48bのどちらが開かれているか、または、閉じられているかを判断することができるよう、評価装置12は、信号装置14の2つのチャネルを選択的にアドレス指定することができる。第２の規定のパルス信号66の信号パルス68を生成するために、回線58がトランジスタ76を介しコンデンサ84a、84bにおいて作動電圧の高い電位、または、回線56上の低い電位に接続されるような仕方で、各回路64a、64bがプルプッシュ段74a、74bを制御する。

第２の規定のパルス信号60を受信するために、評価装置12は好ましくは、回線56に再び接地電位（図1の参照番号86）を印加し、信号装置14は第２の規定のパルス信号66用に信号パルス68を生成する。トランジスタ78が働くときはいつでも、回線56、58は互いに短絡されている。この場合、評価装置12は受信回線58上に低い電位を「見る。」反対に、信号装置14中のトランジスタ76が働く場合、評価装置12は高い電位を「見る。」
上記説明から明らかなように、各場合に、回線56、58の一方が信号パルス62、68を運び、他方の回線が大部分安定状態の基準電位を供給する。評価装置12が第１の規定のパルス信号60を生成したとき、回線58上の基準電位は作動電圧U_Bである。それに対し、回線56上の基準電位は、信号装置14が第２の規定のパルス信号66の信号パルス68を生成したときに、接地電位である。各場合に回線56、58の一方が静的な基準電位を運び、他方の回線が規定の電位変化を有するという事実により、かつ、第１の規定のパルス信号60の信号パルス62および第２の規定のパルス信号66の信号パルス68が異なる回線上を送信されるという事実により、外部の電位への回線56、58の交差接続短絡に関する検知の可能性が高くされている。

交差接続短絡の検知は、第１の規定のパルス信号60および再生された第２の規定のパルス信号66が、例えば、評価装置12に記録されたシリアルナンバー88の形態の個々の識別子を含んでいる場合、特に高くなる。この場合、同一の種類の2つの評価装置12が、相互に異なる第一パルス信号60を生成し、各評価装置に接続された信号装置14のみが、送信している評価装置12で予期されるものに対応した「正しい」パルス信号66を生成することができる。他方、接続された各信号装置14は「正しい」第２の規定のパルス信号66を生成することができる。これは、パルス信号66が、評価装置12が受信したパルス信号60の単なる複製であるためである。ゆえに、安全回路アセンブリ10を作動させる前の、信号装置14と評価装置12との間の個々の「対形成」は必要でない。

図3は、信号装置のさらなる好ましい実施形態を示している。信号装置は、先の実施形態と区別して、参照番号14’で示されている。以下、同一の参照符号は前と同じ素子を示す。

信号装置14’は、回路64a、64bおよびそれぞれの関連する部品が、2つの回線56、58に逆平行に接続されているという点で、信号装置14と異なっている。例えば、回路64aの信号入力70が、常閉接点48aを介して回線58に接続されているのに対し、回路74bの信号入力70bは、常閉接点48bを介して回線56に接続されている。これに対応して、上述した回線56、58の機能も、回路64aまたは回路64bが評価装置12から第１の規定のパルス信号を受信することになるかどうか、および、第２の規定のパルス信号66を生成することになるかどうかに応じて変化する。他方、評価装置12は、回線56、58の各極性により、回路64a、64bのどちらが第２の規定のパルス信号66を生成することになるかを選択できる。

くわえて、信号装置14’には、回線56、58が、対応する接続端子52、54に交換されて接続することができる（すなわち、極性の反転が不可能である）という利点がある。

信号装置14、14’の回路64a、64bは、回路64a、64bが第２の規定のパルス信号66を生成したのちに、回路64a、64b自体のそれぞれの信号出力72を停止し、その結果、新たな送り処理が、評価装置12からの第１の規定のパルス信号60の新たな受信後にのみ可能になるような仕方で設計されている。

さらに、回路64a、64bは、コンデンサ64a、64bを再充電することによって、それぞれの場合に回路64a、64bを評価装置12により停止することができるような仕方で設計されている。回路64a、64bは好ましくは、信号装置14’中で同一である。図2の信号装置14では、これに対し、回路64a、64bは、第１の規定のパルス信号60中のアドレスビットに対して異なる仕方で応答している。すなわち、この場合、回路64a、64bは同一でない。

図4は、信号装置14および評価装置120を備える安全回路アセンブリのさらなる実施形態を示している。ここでも、同一の参照符号は同一の素子を示す。

図4に係る実施形態では、評価装置120は、従来の安全切り替え装置122上の新規な信号装置14を作動するために、従来の安全切り替え装置122と新規な信号装置14との間に配置された、ある種のアダプタ装置である。

例えば、安全切り替え装置122は、冒頭で言及した上記特許文献1の安全回路アセンブリで使用されるのと同一の安全切り替え装置である。この文献は、安全切り替え装置120の詳細に関して、参照により本明細書中に組み込まれる。

さらに、安全切り替え装置122は、2つの冗長な入力信号を受け入れるために少なくとも2つの冗長な入力を有する、他の従来の安全切り替え装置であってもよい。安全切り替え装置122の代わりに、従来の安全制御器を、アダプタ装置120を介して新規な信号装置14に接続してもよい。安全制御器も、2つの冗長な入力信号を受け入れるために2つの冗長な入力しか必要としない。

簡略にするために、安全切り替え装置122はここで、2つの信号処理チャネル124a、124bを有するものとして、単に模式的に示す。危険なシステムのアクチュエータをスイッチオンまたはスイッチオフすることのできる出力は示されていない。

安全切り替え装置122は第1および第2イネーブル信号126a、126bを生成する。イネーブル信号126a、126bは、例えば、活性状態で高い水準を有し、不活性状態で低い水準を有する2つの静的な信号であってもよい。しかし、好ましくは、イネーブル信号126a、126bは2つの動的な信号であり、特に、従来の緊急停止キー、保護ドアスイッチまたは類似の信号装置（この点で、上記特許文献1とも比較のこと）を監視するために、従来の安全切り替え装置または安全制御器で使用される2つのクロック信号である。ゆえに、出力信号126a、126bは、2チャネルの信号装置を監視するために安全切り替え装置122により供給される、通常の個別化されていないイネーブル信号である。

安全切り替え装置122は2つの入力128a、128bで、イネーブル信号126a、126bに正確に対応する2つの入力信号を予期する。接点を有する従来の信号装置では、イネーブル信号126a、126bは、信号装置の冗長な接点を介して、安全切り替え装置122の入力128a、128bへとループバックされる。次いで、このループは評価装置120により実施または開始され、これは、第1評価回路130を介して、第1イネーブル信号126aを安全切り替え装置122の第1入力128aに送り返す一方、これは、第2評価回路130bを介して、第2イネーブル信号126bを第2入力128bに送り返す。しかし、評価装置120が、上述した仕方で不具合なしに、信号装置14中のアクチュエータ46の規定の第1状態を検知していることが、前提条件となる。これに応じて、評価装置120は、第１の規定のパルス信号62a、62bを信号装置14に繰り返し送り、これに応じて、信号装置14中の回路64a、64bにより生成される再生された第２の規定のパルス信号66a、66bを予期する。

図4の記載に関し、評価装置120は、信号装置14の冗長なチャネルを選択的にアドレス指定するために、2つの異なる第１の規定のパルス信号62a、62bを生成すると仮定している。

第１の規定のパルス信号は、一方のチャネルに対して0であり他方のチャネルに対して1である1つのアドレスビットによってのみ異なっている。これに応じて、再生された第２の規定のパルス信号も1つのアドレスビットに関して異なっていてもよい。しかし、図3により上で説明したように極性を交替させることにより、評価装置120が信号装置14の冗長なチャネルをアドレス指定することも可能である。さらに、例えば、信号装置14が、2つの回路64a、64bにより、再生された第２の規定のパルス信号を生成することで、評価装置120は、原則として、選択可能なチャネルなしに信号装置14を監視することもできる。

信号装置14により送られる第２の規定のパルス信号は、安全切り替え装置122中でのみ認証される。この場合、評価回路130aは、「その」第１の規定のパルス信号62a用に、予期された第２の規定のパルス信号66aを信号装置14から受信している限り、イネーブル信号126aを常に入力128aへと送る。同じことが第2評価回路130bに当てはまる。ゆえに、この場合、評価回路130a、130bは、他方の評価回路130a、130bそれぞれのパルス信号について「憂慮」しない。安全切り替え装置122においてのみ、信号装置14の2つのチャネルが、一致した結果を伝達したかを送り返すイネーブル信号により監視される。この目的のために、信号処理チャネル124a、124bが、矢印132により図式的に示す、それ自体公知の仕方で、それらのそれぞれの結果を比較する。評価装置120内の制御回路134は、評価回路130a、130bを遅れずに同期させるためにのみ使用される。

代替案として、他の実施形態で、評価回路130a、130bが、それらのそれぞれの監視結果を互いに比較することで、評価装置120がすでに信号装置114からの信号の認証を扱っておくことが可能である。この代替案は、アダプタ装置の形態の評価装置120の、より簡単な、そしてそれゆえに、より費用効率のよい実施態様を提供する。

図5は、上述したすべての実施形態とともに適用することのできる、さらなる変形例を、いたって簡略にした図により示している。これは、第1および第２の規定のパルス信号が評価装置12および信号装置14により生成される、時間軸136および遅滞ない順序を示している。

好ましい実施形態では、評価装置は第１の規定のパルス信号の第1シリーズを生成し、そのうちのいくつかが、ここでは参照番号60’、60’’、60’’’により示されている。信号装置14は、第２の規定のパルス信号の対応する第2シリーズ66’、66’’、66’’’を生成する。各第２の規定のパルス信号66は、先に送られた第１の規定のパルス信号60の規定の複製である。さらに、第１の規定のパルス信号の第1シリーズは、複数のディジットを有するデータワードを形成する。

例として、データワードが試験番号745であると仮定する。次いで、試験番号の個々のディジットまたは番号が、評価装置から信号装置へと連続して送信され、信号装置から送り返される。くわえて、2つのチャネルも交替する。すなわち、第1チャネル（この場合チャネルA）がまず、第１の規定のパルス信号A7により、試験番号の最初のディジット（この場合、番号7）を信号装置へと送る。信号装置内の第1チャネル（この場合チャネルAとも呼ばれる）が第１の規定のパルス信号を再生し、第２の規定のパルス信号（参照番号66’）を生成する。続いて、パルス信号60’’、60’’’が交換され、その際、試験番号の最初の番号「7」が再びコード化され、データはこのとき第2チャネル（チャネルB）を介して交換される。これに続いて、第1チャネルが再び通信し、評価装置が試験番号の次のディジット/番号を信号装置へと送り、信号装置は対応する情報を再生する。

このような仕方で、複数のディジットを有するデータワードが、評価装置と信号装置との間の第1および第２の規定のパルス信号という形態で、「ディジットごとに」交換される。この変形例により、評価装置と信号装置との間で、非常に長い試験番号を交換することが可能になるが、しかし、信号装置は非常に短い時間間隔内に評価装置に応答する。

本発明の実施形態では、評価装置の個々のシリアルナンバーが試験番号として使用され、その際、このシリアルナンバーは8個のディジット、10個のディジット、または、より大きなディジットを含んでいてもよい。遅くとも、データワードのすべてのディジットが評価装置と信号装置との間で交換された、1つのサイクルののち、評価装置は、信号装置から正確な識別子を完全に受信したかを確認することができる。他方、評価装置は、信号装置内のアクチュエータの起動に、または、回路破断に非常に速やかに応答することができる。これは、（複数ディジットの試験番号の、今送られた1つのディジットを含む）予期された第２の規定のパルス信号が現れないからである。

Claims (15)

1. 危険なシステム（24）をフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための安全回路アセンブリであって、
   前記システム（24）をフェールセーフな仕方でスイッチオンまたはスイッチオフするための、冗長な切り替え信号を生成するよう設計された評価装置（12）と、
   複数の回線（56、58）を介して前記評価装置（12）に接続された信号装置（14）とを備え、
   前記信号装置（14）は、規定の第1状態（48a、48b）と、他の状態（48a’、48b’）との間で切り替えることのできるアクチュエータ（46）を有し、
   前記評価装置（12）は、複数の第1信号パルス（62）を有する第１の規定のパルス信号（60）を生成し、前記回線（56、58）により、前記第１の規定のパルス信号を前記信号装置（14）へと第1方向（63）に送信し、
   前記信号装置（14）は、前記アクチュエータ（46）が前記規定の第1状態（48a、48b）にあるときに、複数の第2信号パルス（68）を有する第２の規定のパルス信号（66）を生成し、前記回線（56、58）により、前記第２の規定のパルス信号を前記評価装置（12）へと第2方向（69）に送信し、
   前記第２の規定のパルス信号（66）は、前記第１の規定のパルス信号（60）の所定の複製であり、
   前記信号装置（14）は、第1および第2回線（56、58）を有する回線（35）の単一の対を介して、前記評価装置（12）に接続されており、前記第1および第2回線（56、58）を介して、前記第1および第２の規定のパルス信号（60、66）の両方が時間内に順次送信される、安全回路アセンブリ。
2. 前記第1回線（56）は前記第１の規定のパルス信号（60）を送信し、前記第2回線（58）は第1基準電位（U_B）を提供し、かつ、前記第2回線（58）は前記第２の規定のパルス信号（66）を送信し、前記第1回線（56）は第2基準電位（86）を提供する、請求項1に記載の安全回路アセンブリ。
3. 前記信号装置（14）は、前記アクチュエータ（46）が前記規定の第1状態（48a、48b）にある場合にのみ、前記第２の規定のパルス信号（66）を生成する、請求項1または請求項2に記載の安全回路アセンブリ。
4. 前記第１の規定のパルス信号（60）は、前記評価装置（12）を識別する、所定の識別子（88）を備える、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
5. 前記信号装置（14）は、前記第1および第2回線（56、58）を介して前記評価装置（12）により充電されるエネルギー貯蔵器（84a、84b）を有している、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
6. 前記信号装置（14）は、冗長な仕方で前記アクチュエータ（46）の前記第1状態（48a、48b）を監視する、第1チャネル（64a）および第2チャネル（64b）を有している、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
7. 前記第1および第2チャネル（64a、64b）の両方が前記第2信号パルス（68）を生成する、請求項6に記載の安全回路アセンブリ。
8. 前記第1チャネル（64a）および前記第2チャネル（64b）は、互いに平行に前記2つの回線（56、58）に接続されている、請求項6または請求項7に記載の安全回路アセンブリ。
9. 前記第1チャネル（64a）および前記第2チャネル（64b）は、互いに逆平行に前記2つの回線（56、58）に接続されている、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
10. 前記信号装置（14）は、前記アクチュエータ（46）の状態に応じて開かれる、または、閉じられる、少なくとも1つのアクチュエータスイッチ（48）と、前記第２の規定のパルス信号（66）を生成する、少なくとも1つのパルス生成器（64）とを有しており、前記少なくとも1つのアクチュエータスイッチ（48）は、前記パルス生成器（64）と前記回線（35）の対との間に配置されている、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
11. 前記信号装置（14）は、前記第２の規定のパルス信号（66）を生成する、少なくとも1つのパルス生成器（64）を有しており、前記少なくとも1つのパルス生成器（64）は、前記第1および第2回線（56、58）を互いに短絡させるよう設計された第1スイッチ（78）を有している、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
12. 前記少なくとも1つのパルス生成器（64）は、前記第1スイッチ（78）とともにプッシュプル段（74）を形成する第2スイッチ（76）を有している、請求項11に記載の安全回路アセンブリ。
13. 前記評価装置（12）は第１の規定のパルス信号（60）の第1シリーズを生成し、前記信号装置（14）は第２の規定のパルス信号（66）の第2シリーズを生成し、前記第1シリーズは、複数の第1ディジットを有するデータワード（「745」）を形成し、前記第2シリーズは、複数の第2ディジットを有するデータワードを形成しており、前記第1および第2ディジットは、前記回線（35）の対を介して交互に送信される、請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ。
14. 請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ用の信号装置であって、
    規定の第1状態（48a、48b）と、他の状態（48a’、48b’）との間で切り替えることのできるアクチュエータ（46）と、
    1対の回線（35）を形成する第1および第2回線（56、58）を接続するための1対の接続端子（52、54）と、
    前記アクチュエータ（46）が前記規定の第1状態にあるときに、前記1対の回線（35）を介して、複数の第1信号パルス（62）を有する第１の規定のパルス信号（60）を受信し、前記第１の規定のパルス信号（60）に応答して、前記1対の回線（35）上に複数の第2信号パルス（68）を有する第２の規定のパルス信号（66）を生成するよう設計された、少なくとも1つのパルス生成器とを備え、
    前記第２の規定のパルス信号（66）は、前記第１の規定のパルス信号（60）の所定の複製である、信号装置。
15. 請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の安全回路アセンブリ用の評価装置であって、
    1対の回線（35）を形成する第1および第2回線（56、58）を接続するための第1対の接続端子（32、34）と、
    危険なシステム（24）を停止するためのフェールセーフな切り替え信号を出力するためのさらなる接続端子（36、38）と、
    前記1対の回線（35）上に、複数の第1信号パルス（62）を有する第１の規定のパルス信号（60）を生成するよう設計された、少なくとも1つの評価回路（16）とを備え、
    前記評価回路（16）は、前記1対の回線（35）を介して、複数の第2信号パルス（68）を有する第２の規定のパルス信号（66）を受信し、前記第２の規定のパルス信号を前記第１の規定のパルス信号（60）と比較するよう、さらに設計されており、
    前記評価回路（16）は、前記第２の規定のパルス信号（66）が前記第１の規定のパルス信号（60）の所定の複製であるかに応じて、前記さらなる接続端子（36、38）で、フェールセーフな切り替え信号を生成するよう設計されている、評価装置。

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