DE3642233A1 - Einrichtung fuer die selbstueberwachung von relaiskontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Selbstüber­ wachung von Relaiskontakten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Wenn ein Sicherheitskreis ein Relais aufweist, das z. B. den Schutz eines Antriebes oder das Ventil einer Hydrau­ lik oder Pneumatik zum Abfallen bringt oder den Antrieb selbst abschaltet, wird aus Sicherheitsgründen für jedes Relais ein redundantes zweites Relais gefordert, das die Funktion des Relais übernimmt, wenn dieses fehlerhaft arbeitet, was beispielsweise dadurch gesche­ hen kann, daß der Schaltkontakt des Relais verschweißt oder verklebt oder bricht. Ein Nachteil besteht dabei jedoch darin, daß dann, wenn das eine Relais ausfällt und das redundante Relais die Funktion des ausgefallenen Relais übernommen hat, die Sicherheitsschaltung zwar noch fehlerfrei arbeitet, die Redundanz jedoch nicht mehr gegeben ist. Dieser Zustand, in dem die Sicher­ heitsschaltung bei nicht mehr gegebener Redundanz feh­ lerfrei arbeitet, ist für Außenstehende nicht erkennbar. Dies bedeutet, daß dann, wenn auch das zweite Relais fehlerhaft wird, die gesamte Sicherheitsschaltung aus­ fällt. Dadurch entstehen dann erhebliche Nachteile bezüglich der Sicherheit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine äußerst einfache und preiswert herstellbare Einrichtung zur Überwachung von Relaiskontakten anzuge­ ben, durch die automatisch der Zustand erfaßt wird, in dem ein Relais funktionsunfähig geworden ist und das vorgesehene redundande Relais die Funktion dieses funk­ tionsunfähige Relais übernommen hat, d. h. also, in dem der Sicherheitskreis zufriedenstellend arbeitet, die geforderte Redundanz jedoch nicht mehr gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits genannte Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relais­ kontakten gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekenn­ zeichnet ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrich­ tung besteht darin, daß sie äußerst einfach und daher kostengünstig realisierbar ist. So können als Relais handelsübliche Relais mit einem Wechselkontakt verwendet werden.

Insbesondere wird die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten in Sicherheits­ schaltungen für die Schließkantensicherung (Scher- und Quetschstellung) an Vorrichtungen, wie Hebebühnen, automatischen Türen und Toren , Schleusen im OP-Bereich, OP-Tischen, Werkzeugmaschinen und Stanzen, vorteilhaft angewendet. Bei diesen Vorrichtungen ist ein sicheres Abschalten unumgänglich. Die nicht erkennbare, fehlende Redundanz der Sicherheitsschaltungen des Standes der Technik könnte sich daher bei derartigen Vorrichtungen fatal auswirken.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestal­ tungen im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die Schaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten und

Fig. 2 eine Weiterbildung der Erfindung.

In der Fig. 1 ist ein erstes Relais mit 1 bezeichnet. Dieses Relais betätigt einen Schaltkontakt 2. Ein zum ersten Relais 1 redundantes Relais 3 betätigt einen Schaltkontakt 4. Von der Seite der Ausgangsanschlüsse A, B aus gesehen sind die Schaltkontakte 2, 4 der Relais 1, 3 in Reihe geschaltet, so daß gemäß der bestehenden, bekannten Sicherheitsforderung dann, wenn beispielsweise der Schaltkontakt 2 des Relais 1 nach dem Entregen des Relais 1 infolge einer Fehlfunktion nicht abfällt, so daß die Verbindung zwischen den Punkten 1 A und 1 B des Relais bestehen bleibt, der Schaltkontakt 4 des gleich­ zeitig entregten redundanten Relais 3 abfällt, so daß die Verbindung zwischen den Punkten 3 A und 3 B dieses Relais, d. h. also auch die Verbindung zwischen den An­ schlußpunkten A und B der Sicherheitsschaltung unter­ brochen wird. An die Anschlußpunkte A, B ist ein Antriebs­ element oder eine Steuereinheit angeschlossen, das durch Erregung der Relais 1, 3 zur Funktion freigegeben wird oder direkt in Betrieb gesetzt wird. Bei dem Antriebs­ element kann es sich z. B. um den Antrieb einer Hebebüh­ ne, einer automatischen Tür, einer Schleuse im OP- Bereich, eines OP-Tisches oder von Werkzeugmaschinen und Stanzen handeln. Dabei werden nach eingeschaltetem Antrieb die Relais 1, 3 automatisch beispielsweise durch eine Schließkantensicherung oder dergl. abgeschaltet.

Gemäß Fig. 1 ist der Schaltkontakt 2 des Relais 1 bzw. der Schaltkontakt 4 des Relais 3 an einem Punkt 1 A bzw. 3 A kippbar bzw. ausschwenkbar, wie dies bei handelsüb­ lichen Relais der Fall ist, wobei die Punkte 1 A und 3 A elektrisch miteinander verbunden sind. Wenn die Relais 1 und 3 erregt sind, liegen die Schaltkontakte 2 und 4 an den Punkten 1 B bzw. 3 B an, wobei dann eine elektrische Verbindung vom Anschlußpunkt A zum Anschlußpunkt B über die Punkte 3 B, 3 A, 1 A und 1 B besteht.

Um nun sicherzustellen, daß der zuvor beschriebene Zustand, in dem die Redundanz der Sicherheitsschaltung verloren gegangen ist, angezeigt wird, ist die vorlie­ gende Einrichtung zur Selbstüberwachung der Relaiskon­ takte vorgesehen, die in der folgenden Weise aufgebaut ist. Die Punkte 1 C und 3 C der Relais 1 und 3, an denen der Schaltkontakt 2 bzw. 4 im entregten Zustand der Relais 1 bzw. 4 anliegen, sind über eine Spannungsquelle 5 und einen dazu in Reihe geschalteten Signalgeber 6 miteinander verbunden. Dies bedeutet, daß dann, wenn das Relais 1 und das dazu redundante Relais 3 entregt sind, so daß der Schaltkontakt 2 eine Verbindung zwischen den Punkten 1 A und 1 C des Relais 1 und der Schaltkontakt 4 eine Verbindung zwischen den Punkten 3 A und 3 C des redundanten Relais 3 herstellen, der Kreis der vorlie­ genden Einrichtung zur Selbstüberwachung geschlossen ist. Der Signalgeber 6 erzeugt dann an seinem Ausgang C ein wahrnehmbares Signal, das darauf hinweist, daß die Sicherheitsschaltung fehlerfrei arbeitet. Dieses Signal muß dann zur Auswertung vorliegen, wenn die Relais 1 und 3 entregt sind, z. B. wenn eine Schließkante eines Tores auf ein Hindernis fährt. Wenn dagegen einer der Schalt­ kontakte 2 oder 4 infolge eines Funktionsfehlers nach dem Entregen des Relais 1 und des redundanten Relais 3 nicht in seine Ruhelage zurückkehrt, bleibt der Kreis der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung unterbrochen, so daß im entregten Zustand der Relais 1 und 3 am Ausgang C des Signalgebers 6 ein Warnsignal erzeugt wird, das anzeigt, daß einer der Schaltkontakte 2, 4 fehlerhaft arbeitet bzw. daß die Redundanz der Sicherheitsschaltung verloren gegangen ist.

Als Signalgeber 6 eignet sich beispielsweise der in der Fig. 1 dargestellte Optokoppler, der aus einem lichte­ mittierenden Element, beispielsweise einer Fotodiode 6 A, und durch Licht betätigten Element, beispielsweise einem Fototransistor 6 B,besteht. Normalerweise wird, wenn die Relais 1 und 3 entregt sind, die im Kreis der vorliegen­ den Einrichtung zur Selbstüberwachung angeordnete Foto­ diode 6 A erregt, weil der Kreis der Einrichtung zur Selbstüberwachung geschlossen ist. Der beleuchtete Fototransistor 6 B, dessen einer Anschluß mit Masse verbunden ist, und dessen anderer Anschluß über einen Widerstand an einem Betriebspotential liegt, wird dann durchgeschaltet, weshalb am Ausgang C, der mit dem Verbindungs­ dungspunkt zwischen dem Fototransistor 6 B und dem Wider­ stand 8 verbunden ist, Erdpotential anliegt. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Ausgang C beispielsweise mit dem einen Anschluß einer Signallampe 7 verbunden ist, deren anderer Anschluß geerdet ist, die Signal­ lampe 7 nicht aufleuchtet. Es wird also, "kein Fehler" angezeigt. Wenn dagegen im entregten Zustand der Relais 1 und 3 einer der Schaltkontakte 2 bzw. 4 funktionsunfä­ hig ist, weil er z. B. am Punkt 1 B bzw. 3 B verklebt oder verschweißt ist, wird der Kreis der vorliegenden Ein­ richtung zur Selbstüberwachung unterbrochen, so daß die Fotodiode 6 A nicht erregt wird. Der dann gesperrte Fototransistor 6 B bewirkt, daß am Ausgang C des Signal­ gebers 6 eine die Signallampe 7 erregende Spannung anliegt. Die erregte Lampe 7 zeigt dann den Zustand an, in dem die Redundanz der Sicherheitsschaltung verloren gegangen ist.

Durch das im Falle der verlorengegangenen Redundanz am Ausgang C des Signalgebers 6 erzeugte Warnsignal wird veranlaßt, daß beide Relais 1 und 3 sofort abgeschaltet werden. Es kann auch dafür Sorge getragen werden, daß das im Schaltkreis angeordnete Antriebselement bzw. die dort vorgesehene Steuereinheit durch das Warnsignal abgeschaltet wird.

Die Spannungsquelle wird vorzugsweise durch die Ausgänge einer, vorzugsweise einer primärseitig vorgesehenen Zusatzwicklung eines Transformators 10 nachgeschalteten Gleichrichterschaltung gebildet. Die Primärwicklung des Transformators 10 ist mit dem Netz verbunden. Eine oder zwei Sekundärwicklungen des Transformators 10 erzeugen die Betriebsspannungen für die Relais 1, 3, den Signal­ geber 6 und gegebenenfalls für weitere Elektronikelemen­ te.

Im folgenden wird nun im Zusammenhang mit der Fig. 2 die Arbeitsweise der von einer Schaltleiste 11 aus in an sich bekannter Weise über zwei Kanäle I und II angesteu­ erten Relais 1 und 3 sowie der die Abschaltung der Relais 1 und 3 bewirkenden Störerkennungseinrichtung 12 erläutert. Die Schaltleiste 11, deren Kontakt 11 A bei­ spielsweise einer Quetschstelle einer Schließkantensi­ cherung eines Tores entspricht, das durch ein an die Anschlußpunkte A und B angeschaltetes Antriebselement angetrieben wird, ist über einen Signalübertrager 13 mit einer Komparator- und Verknüpfungseinrichtung 14 verbun­ den. Diese an sich ebenfalls bekannte Komparator- und Verknüpfungseinrichtung 14 weist zwei Kanäle I und II auf, von denen jeweils ein Kanal einem Relais 1 bzw. 3 zugeordnet ist. Gemäß Fig. 2 sind der Kanal I dem Relais 1 und der Kanal II dem redundanten Relais 3 zugeordnet. Im Kanal I sind Komparatoren 15 A und 15 B parallel geschaltet, während im Kanal II Komparatoren 16 A und 16 B parallel geschaltet sind. Dabei ermitteln in bekannter Weise jeweils die Komparatoren 15 A und 16 A durch einen Sollwert/Istwert-Vergleich eine Unterbrechung im Signal­ übertrager 13 und/oder eine Unterbrechung in der Schalt­ leiste 11. Die Komparatoren 15 B und 16 B ermitteln, wie dies ebenfalls bekannt ist, durch einen Sollwert/Ist­ wertvergleich einen in der Schaltleiste 11 beim Kurz­ schließen des Kontaktes 11 A und/oder in dem Signalüber­ trager 13 auftretenden Kurzschluß. Der Ausgang des Kanales I ist mit der Relais-Endstufe 17 des Relais 1 verbunden, während der Ausgang des Kanales II mit der Relais-Endstufe 18 des redundanten Relais 3 verbunden ist. Zwischen der Relais-Endstufe 17 und dem Relais 1 ist eine Anzeigeeinrichtung 19 angeordnet, die vorzugs­ weise die Form einer lichtemittierenden Diode aufweist. In ähnlicher Weise ist zwischen dem redundanten Relais 3 und der Relais-Endstufe 18 eine Anzeigeeinrichtung 20 angeordnet, bei der es sich vorzugsweise ebenfalls um eine lichtemittierende Diode handelt. Die lichtemittie­ renden Dioden 19, 20 leuchten auf, wenn das Relais 1 bzw. das Relais 3 über die Relais-Endstufe 17 bzw. 18 angesteuert ist. In der Fig. 2 ist der Signalgeber der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten mit 6 bezeichnet. Der Signalgeber 6 ist in dem im Zusammenhang mit Fig. 1 bereits erläuterten weiteren Schaltkreis enthalten, der zusammen mit der Spannungsquelle 5 an den Punkten 1 C und 3 C liegt. Die Verbindung zwischen den Punkten 1 A und 3 A der Relais 1 und 3 ist der Einfachheit halber in Fig. 2 nicht dargestellt.

Der Ausgang C des Signalgebers 6 ist mit einem Eingang einer Schaltung 21 zur Auswertung logischer Verknüpfun­ gen verbunden, die Teil der Komparator- und Verknüp­ fungseinrichtung 14 ist. Weitere zwei Eingänge dieser Schaltung 21 sind mit dem Kanal I bzw. dem Kanal II in der ersichtlichen Weise verbunden. Das Ausgangssignal der Schaltung 21 wird der Störerkennungseinrichtung 12 zugeführt, die zwei Ausgänge aufweist, von denen der eine mit dem Eingang der Relais-Endstufe 17 verbunden ist, zu dem ebenfalls der Kanal I geführt ist, und von denen der andere mit dem Eingang der Relais-Endstufe 18 verbunden ist, zu dem auch der Kanal II geführt ist. Über diese beiden Ausgänge können die Relais-Endstufen 17, 18 zur Abschaltung der Relais 1 und 3 angesteuert werden.

In an sich bekannter Weise ermittelt die Schaltung 21 ein unsynchrones Arbeiten der Kanäle I und II, wie es beispielsweise bei einem Bauteile-Ausfall in dem Kanal I oder II auftreten kann. Im Falle einer Unsynchronizität gibt die Schaltung 21 ein Ausgangssignal an die Störer­ kennungseinrichtung 12, die dann über ihre beiden Aus­ gänge die Relais 1 und 3 abschaltende Potentiale er­ zeugt, die an einen elektronischen Schalter (Transistor) in den Relais-Enstufen 17 bzw. 18 angelegt werden.

In neuartiger Weise wird nun das Warnsignal am Ausgang C des Signalgebers 6 der vorliegenden Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten ebenfalls der um entsprechende Logikelemente erweiterten Schaltung 21 zugeführt, die im Falle eines Warnsignales, d. h. der verlorengegangenen Redundanz (ein Schaltkontakt eines Relais 1 bzw. 3 ist nach der Erregung infolge einer Störung nicht abgefallen) ein Ausgangssignal an die Störerkennungseinrichtung 12 anlegt, die darauf hin ein die Entregung der Relais 1, 3 bewirkendes Signal über ihre beiden Ausgänge an die Relais-Endstufen 17, 18 anlegt. Dabei kann vorteilhafterweise die bei bekannten Anordnungen bereits vorhandene Störerkennungseinrichtung 12 verwendet werden.

Während die bekannte Einrichtung mit den Elementen 11, 13, Kanal I und 15 A, 15 B, Kanal II und 16 A, 16 B, 21 und 12 eine Überwachung der Kanäle I und II jeweils nur bis zu den Relais-Endstufen 17, 18 ermöglicht, kann durch die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relaiskontakten, deren Ausgangssignal der Form eines Warnsignales an die Schaltung 21 angelegt wird, erstmals auch die Funktion der Relais-Endstufen 17, 18 und der die Ansteuerung der Relais anzeigenden lichtemittieren­ den Dioden 19, 20 neben der beschriebenen Überwachung der Redundanz erkannt werden.

Mit der Störerkennungsschaltung 12 ist eine Anzeigeein­ richtung 22 verbunden, die im Falle einer erkannten Störung ein Warnanzeigesignal abgibt. Vorzugsweise weist diese Anzeigeeinrichtung 22 ebenfalls die Form einer lichtemittierenden Diode auf. Durch den Schalter 23 kann der Störerkennungsschaltung 12 ein Potential bzw. Signal zugeführt werden, das dafür Sorge trägt, daß an den Ausgängen der Störerkennungsschaltung die die Abschal­ tung der Relais 1, 3 bewirkenden Ausgangssignale bzw. - potentiale beseitigt werden, so daß die Einrichtung nach der Beseitigung eines Fehlers im Kanal I oder II und/ oder eines fehlerhaften Relais 1, 3 und der dadurch verlorengegangenen Redundanz wieder in Betrieb genommen wird.

Es ist auch ein Betrieb denkbar, bei dem die Schaltkon­ takte 2, 4 der Relais 1 und 3 im entregten Zustand den Schaltkreis A-B schließen. In diesem Fall ermittelt die vorliegende Einrichtung zur Selbstüberwachung der Relaiskontakte die verlorengegangene Redundanz der Kontakte der erregten Relais 1 und 3. Dabei arbeitet die vorliegende Einrichtung in der bereits beschriebenen Weise, jedoch mit invertiertem Signalen bzw. Potentia­ len.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Selbstüberwachung von Relais­ kontakten, wobei die Schaltkontakte (2, 4) eines ersten Relais (1) und eines zweiten, redundanten Relais (3) derart in Reihe geschaltet sind, daß sie bei der Erre­ gung (oder Entregung) des ersten und zweiten Relais (1, 3) einen, ein Antriebselement oder eine Steuereinheit enthaltenden Schaltkreis (A, B) schließen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste und zweite Relais (1, 3) so beschaffen sind, daß die Schaltkontakte (2, 4) im ent­ regten (oder erregten) Zustand des ersten und zweiten Relais (1, 3) und im abgefallenen (oder angezogenen) Zustand der Schaltkontakte (2, 4) einen weiteren Schalt­ kreis schließen, in dem eine Spannungsquelle (5) und ein Signalgeber (6) in Reihe geschaltet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Schaltkontakt (2 bzw. 4) von einem ersten Punkt (1 A bzw. 3 A) aus im erregten (oder entreg­ ten) Zustand des ersten bzw. zweiten Relais (1, 3) eine erste elektrische Verbindung zu einem zweiten Punkt (1 B bzw. 3 B) herstellt, daß die ersten Punkte (1 A, 3 A) elektrisch miteinander verbunden sind, daß die zweiten Punkte, und die Verbindung zwischen den ersten Punkten (1 A, 3 A ) ein Teil des Schaltkreises sind, daß jeder Schaltkontakt (2 bzw. 4) von dem ersten Punkt (1 A bzw. 3 A) aus im entregten (oder erregten) Zustand des ersten bzw. zweiten Relais (1, 3) eine zweite elektrische Verbindung zu einem dritten Punkt (1 C bzw. 3 C) her­ stellt, und daß die dritten Punkte (1 C, 3 C) und die Verbindung zwischen den ersten Punkten (1 A, 3 A) ein Teil des weiteren Schaltkreises sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß als erstes und zweites Relais (1, 3) jeweils einen als Schaltkontakt dienenden Wech­ selkontakt aufweisende Relais vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (6) in dem Zustand, in dem das erste und zweite Relais (1, 3) entregt (oder erregt) sind, kein Ausgangssignal und in dem Zustand, in dem das erste und zweite Relais (1, 3) erregt (oder entregt) sind, ein Ausgangssignal erzeugt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Signalgeber (6) einen Optokoppler enthält, dessen lichtemittierendes Element (6 A) in den weiteren Schaltkreis geschaltet ist und dessen lichtbe­ tätigtes Schaltelement (6 B) bei Erregung des lichtemit­ tierenden Elementes (6 A)das Ausgangssignal erzeugt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang (C) des Signalgebers (6) zwischen einem Widerstand (8) und dem lichtbetätigten Element (6 B) liegt, daß an dem freien Ende des Wider­ standes ein Versorgungspotential anliegt und daß an dem freien Ende des lichtbetätigten Elementes Massepotential anliegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Signalgebers (6) eine Anzeigeeinrichtung (7) betätigt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Anzeigeeinrichtung eine optische und/oder eine akustische Signalgebereinrichtung vorge­ sehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Signalgebers (6) einer Schaltung (21) zugeführt wird, die ein Signal zur Abschaltung des ersten und zweiten Relais (1, 3) und/gegebenenfalls ein Signal zur Ab­ schaltung des im Schaltkreis vorgesehenen Antriebselemen­ tes bzw. der im Schaltkreis vorgesehenen Steuereinheit erzeugt, wenn bei Entregung (oder Erregung) des ersten und zweiten Relais (1, 3) nicht beide Schaltkontakte (2, 4) abfallen (anziehen).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltung (21) das Signal an eine Störerkennungseinrichtung (12) anlegt, die an zwei Ausgängen jeweils ein Ausgangssignal erzeugt, das einer das erste bzw. zweite Relais (1, 3) ansteuernden Relais- Endstufe (17, 18) zugeführt wird und daß jede Relais-Endstufe (17, 18) auch durch einen Kanal (I, II) einer an sich bekannten zweikanaligen Komparator- und Verknüpfungsschaltung (14) angesteuert wird, die einer dem Antriebselement oder der Steuereinheit zugeordneten Schalteinrichtung (11) nachgeschaltet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (5) durch die Ausgänge einer einer weiteren Primärwicklung eines Transformators (10) nachgeschalteten Gleichrichterschal­ tung gebildet wird, daß die Primärwicklung des Transfor­ mators (10) am Netz liegt und daß die Betriebsspannung für die Relais und andere elektronische Kreise am Trans­ formator (10) sekundärseitig erzeugt wird.