專利名稱：用于輸出開關(guān)信號的安全開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于為至少一個(gè)開關(guān)輸出開關(guān)信號以便對一電路進(jìn)行安全相關(guān) 斷路的安全開關(guān)裝置，通過該電路可對用電設(shè)備的電源切斷情況進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
在開關(guān)設(shè)備中采用安全開關(guān)裝置可提高安全性。安全開關(guān)裝置對外部電氣設(shè)備進(jìn) 行監(jiān)測并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果為用電設(shè)備或負(fù)載接通電源。被監(jiān)測的電氣設(shè)備和用電設(shè)備可以是 同一個(gè)設(shè)備。通常情況下，安全開關(guān)裝置并不直接對用電設(shè)備進(jìn)行通斷操作，而是通過專門 的開關(guān)設(shè)備間接進(jìn)行。特定而言，安全開關(guān)裝置是對一個(gè)與用電設(shè)備相關(guān)的開關(guān)設(shè)備進(jìn)行 控制，例如電動(dòng)機(jī)接觸器或用于這類電動(dòng)機(jī)接觸器的輔助繼電器。安全開關(guān)裝置的安全技術(shù)要求由IEC 13849標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多個(gè)類 別，其中，類別4對應(yīng)最高安全等級。為了達(dá)到類別4，需要為安全開關(guān)裝置所有與安全技術(shù) 相關(guān)的部件采用冗余設(shè)計(jì)。在安全相關(guān)型安全開關(guān)裝置中必須向一個(gè)或多個(gè)開關(guān)輸出安全控制信號。對這類 安全開關(guān)裝置的研發(fā)人員而言，這就意味著他們必須詳細(xì)了解安全開關(guān)裝置的安全相關(guān)輸 出端的功能。根據(jù)安全開關(guān)裝置的具體使用目的，在輸出端上提供安全控制信號的組件可 能需要采用不同的設(shè)計(jì)方案。特別是在控制和分析所謂的“無光測試”時(shí)，需要對分析電路 中的固件進(jìn)行匹配。這個(gè)過程既耗費(fèi)寶貴的處理時(shí)間又占用分析電路的資源。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種可以簡單方式為至少一個(gè)開關(guān)輸出安全開關(guān) 信號的安全開關(guān)裝置。本發(fā)明用來達(dá)成上述目的的解決方案是一種具有權(quán)利要求1所述特征的安全開 關(guān)裝置。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利實(shí)施方案。本發(fā)明涉及一種用于為至少一個(gè)開關(guān)輸出開關(guān)信號以便對一電路進(jìn)行安全相關(guān) 斷路的安全開關(guān)裝置，通過所述電路可對用電設(shè)備的電源切斷情況進(jìn)行控制。所述安全開 關(guān)裝置包括至少一個(gè)分析電路，所述分析電路在相應(yīng)輸出端上為所述至少一個(gè)開關(guān)輸出相 應(yīng)的非安全控制信號。所述安全開關(guān)裝置還包括一可編程邏輯電路，可通過相應(yīng)輸入端接 受所述控制信號，所述可編程邏輯電路與所述至少一個(gè)開關(guān)相連以便通過一安全控制信號 對所述至少一個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制，其中，所述可編程邏輯電路實(shí)施為測試及監(jiān)測裝置，所述測 試及監(jiān)測裝置可在工作期間對相關(guān)開關(guān)的順利運(yùn)行情況進(jìn)行測試及監(jiān)測。最后，所述安全 開關(guān)裝置還包括所述至少一個(gè)開關(guān)的一安全非隔離第一端子，所述第一端子與所述可編程 邏輯電路的相應(yīng)反饋輸入端相連以便對所述第一端子的電位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其中，無故障 運(yùn)行時(shí)的相關(guān)電位狀態(tài)對應(yīng)于所述至少一個(gè)開關(guān)的所述安全控制信號。本發(fā)明的安全開關(guān)裝置可對安全相關(guān)輸出端進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的控制與分析。安全相關(guān) 分析電路的研發(fā)人員就不需要了解許多安全相關(guān)輸出端的工作原理，甚至完全不必了解它們。這是因?yàn)榉治鲭娐返墓δ芘c集中整合在可編程邏輯電路中的安全相關(guān)組件得到了分 離。在所述至少一個(gè)分析電路中進(jìn)行的計(jì)算或檢驗(yàn)可以在所述安全開關(guān)裝置的輸出端上進(jìn) 行，而不必考慮安全相關(guān)必要性。用于所述至少一個(gè)開關(guān)的非安全控制信號被傳輸給可編 程邏輯電路，可編程邏輯電路執(zhí)行全部的測試和監(jiān)測操作，從而可以向所述至少一個(gè)開關(guān) 輸出安全控制信號。這種處理方式的優(yōu)點(diǎn)主要在于，所述至少一個(gè)分析電路可由體積更小、 成本更低的微處理器構(gòu)成。本發(fā)明的安全開關(guān)裝置可應(yīng)用在類別4的相關(guān)領(lǐng)域，由于要求所有的安全技術(shù)相 關(guān)組件都采用冗余設(shè)計(jì)，因此，所述安全開關(guān)裝置包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)和兩個(gè)分析電路，這 兩個(gè)分析電路在相應(yīng)輸出端上為相應(yīng)開關(guān)輸出非安全控制信號。然而，本發(fā)明的開關(guān)裝置 也可用在只需設(shè)置一個(gè)開關(guān)和/或一個(gè)分析裝置的系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明開關(guān)裝置的一種設(shè)計(jì)方案，所述可編程邏輯電路包括一用于產(chǎn)生測試 脈沖的構(gòu)件，所述測試脈沖可與所述至少一個(gè)分析電路存在于所述可編程邏輯電路的相應(yīng) 輸入端上的控制信號疊加，且當(dāng)所述至少一個(gè)開關(guān)正常運(yùn)行時(shí)，可在相應(yīng)的反饋輸入端上 對所述測試脈沖進(jìn)行檢測。因此，可以在所述至少一個(gè)分析電路工作的同時(shí)檢驗(yàn)所述至少 一個(gè)開關(guān)的功能是否正常。這就不必為了對所述至少一個(gè)開關(guān)進(jìn)行測試及監(jiān)測而中斷所述 至少一個(gè)分析電路的運(yùn)行。此外，可以將相應(yīng)端子的狀態(tài)寫入所述可編程邏輯電路的冗余寄存器或所述至少 一個(gè)分析電路的冗余寄存器。優(yōu)選采用安全通信協(xié)議來將所述狀態(tài)寫入這兩個(gè)寄存器。通 過將相應(yīng)端子的狀態(tài)寫入兩個(gè)寄存器實(shí)現(xiàn)了冗余，這種冗余對于類別4的應(yīng)用而言是必不 可少的。此外，每個(gè)開關(guān)都分配有一過電流識(shí)別構(gòu)件，所述構(gòu)件用于對流經(jīng)相應(yīng)觸點(diǎn)間隙 的電流進(jìn)行監(jiān)測。這樣就可以采用普通開關(guān)，特別是不配備集成式溫度監(jiān)測部件的開關(guān)。與 所謂的智能MOSFET相比，使用普通開關(guān)(例如M0SFET)的成本更低。所述過電流識(shí)別構(gòu)件 可由普通的分立組件(例如分流器)和電阻構(gòu)成?？稍谒隹删幊踢壿嬰娐坊蛭⒖刂破髦?對電流強(qiáng)度進(jìn)行分析，并視情況在分析結(jié)果基礎(chǔ)上產(chǎn)生用于斷開所述開關(guān)的控制信號。特定而言，所述可編程邏輯電路具有一個(gè)通向所述至少一個(gè)分析電路且特定而言 采用串行設(shè)計(jì)的通信連接。所述通信連接可用于交換狀態(tài)數(shù)據(jù)和相應(yīng)端子上的錯(cuò)誤，或用 于所述可編程邏輯電路的參數(shù)化。所述通信連接可采用串行通信設(shè)計(jì)，例如SPI (串行外設(shè) 接口)或IO-Link。在采用安全協(xié)議的情況下通過所述通信連接來交換數(shù)據(jù)特別有利。此 外，還可通過所述通信連接來為所述可編程邏輯電路提供一個(gè)用于所述至少一個(gè)開關(guān)的控 制信號，其中，由所述通信連接提供的控制信號是非安全控制信號。在所述可編程邏輯電路 中，以前述方式將這個(gè)非安全控制信號處理成安全控制信號。舉例而言，所述可編程邏輯電路可設(shè)計(jì)為FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或ASIC(專 用集成電路)。


下面借助實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1為本發(fā)明的安全開關(guān)裝置；以及圖2為本發(fā)明安全開關(guān)裝置的可編程邏輯電路的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明符合IEC 13849類別4標(biāo)準(zhǔn)的安全開關(guān)裝置包括兩個(gè)相同的分析電路μ CA 和yCB。分析電路yCA、y CB —般都包含有微處理器并用于對安全開關(guān)裝置的兩個(gè)開關(guān) TRA, TRB進(jìn)行冗余控制。每個(gè)分析電路μ CA、μ CB各具有兩個(gè)輸出端0UTA1、OUTBl以及 0UTA2、0UTB2，每個(gè)輸出端上都存在一個(gè)用于開關(guān)TRA或TRB的冗余非安全控制信號。分 析電路μ CA的輸出端OUTAl和分析電路μ CB的輸出端0UTA2分配給開關(guān)TRA。分析電路 μ CA的輸出端OUTBl和分析電路μ CB的輸出端0UTB2分配給開關(guān)TRB。所述輸出端0UTA1、 0UTB1、0UTA2、0UTB2分別與可編程邏輯電路PL的相應(yīng)輸入端INAl、INBl、INA2、INB2相連?？稍O(shè)計(jì)為FPGA或ASIC的可編程邏輯電路PL實(shí)施為測試及監(jiān)測裝置，可以在所述 安全開關(guān)裝置工作期間對開關(guān)TRA和TRB的順利運(yùn)行情況進(jìn)行測試及監(jiān)測。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目 的，安全輸出端OUTA與開關(guān)TRA的控制接點(diǎn)相連，安全輸出端OUTB與開關(guān)TRB的控制接點(diǎn) 相連。存在于輸出端OUTA或OUTB上的安全控制信號分別由非安全控制信號INAl和INA2 或INBl和INB2形成。分析電路μ CA和μ CB以及可編程邏輯電路PL均與供電電壓接點(diǎn)VDD和基準(zhǔn)電 位接點(diǎn)VSS相連。開關(guān)TRA和TRB優(yōu)選為半導(dǎo)體開關(guān)元件，例如MOSFET或IGBT。開關(guān)TRA、TRB可 以是自帶功能監(jiān)測構(gòu)件的智能半導(dǎo)體開關(guān)。例如已知的智能MOSFET就具有集成式溫度監(jiān) 測部件，一旦超過預(yù)定極限溫度，這個(gè)溫度監(jiān)測部件就觸發(fā)斷開相關(guān)半導(dǎo)體開關(guān)以對其實(shí) 施保護(hù)。但是，開關(guān)TRA、TRB在如圖1所示的電路中也可設(shè)計(jì)為不具有集成保護(hù)功能的普 通半導(dǎo)體開關(guān)?？梢酝ㄟ^為相應(yīng)觸點(diǎn)間隙分別串聯(lián)一個(gè)分流電阻RA及RB來為開關(guān)TRA、TRB提供 過載保護(hù)。開關(guān)TRA的觸點(diǎn)間隙形成于第一端子OUT(P)與第二端子KLA之間。開關(guān)TRB的 觸點(diǎn)間隙形成于第一端子OUT(M)與第二端子KLB之間。分流電阻RA連接在第二端子KLA 與供電電壓接點(diǎn)PM之間。另一分流電阻連接在開關(guān)TRB的第二端子KLB與基準(zhǔn)電位VFS 之間。分流電阻RA的兩個(gè)接點(diǎn)分別通過第一分壓器R21、R22和第一串聯(lián)電阻R23以及 第二分壓器R31、R32和第二串聯(lián)電阻R33與用于測量電流的輸入端ISAl和ISA2耦合。分 流電阻RB的接點(diǎn)也以相同方式與用于測量電流的輸入端ISBl和ISB2相連。輸入端ISA1、 ISA2以及ISB1、ISB2都是可編程邏輯電路PL的可選電流分析電路PL2的組成部分，下文 還將結(jié)合可編程邏輯電路PL的實(shí)施例來對此加以說明。一個(gè)代表執(zhí)行器(例如電動(dòng)機(jī)或接觸器)的用電設(shè)備LA連接在第一端子OUT (P) 與OUT(M)之間。因此，圖示的裝置相當(dāng)于一個(gè)所謂的PM電路。但本發(fā)明并不僅限于PM電 路形式，而是也可以應(yīng)用于兩個(gè)開關(guān)TRA、TRB相互串聯(lián)、用電設(shè)備LA與基準(zhǔn)電位相連的PP 電路。使第一端子OUT(P)及OUT(M)分別與所述可編程邏輯電路的一個(gè)反饋輸入端FBA、 FBB相連，通過這種方式可在開關(guān)TRA、TRB工作期間(即開關(guān)TRA和TRB導(dǎo)通期間)對其 順利運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測。為了在供電電壓PM與可編程邏輯電路PL的工作電壓VDD之間 進(jìn)行電壓匹配，第一端子OUT(P)與OUT (M)分別通過分壓器R11、R12和R51、R52建立連接。其他與反饋輸入端FBA及FBB相連的電阻R13及R53均為串聯(lián)電阻。將反饋輸入端FBA和FBB上的信號與輸出端OUTA或OUTB上的控制信號進(jìn)行比 較，并將比較結(jié)果作為狀態(tài)信息分別寫入兩個(gè)寄存器，以便確保分析冗余。發(fā)生故障時(shí)就在 狀態(tài)寄存器中作標(biāo)記。分析電路μ CA和μ CB可以通過特定而言采用串行設(shè)計(jì)的通信連接 KVA和KVB 了解到故障的發(fā)生。通信連接KVA和KVB除了將狀態(tài)信息傳輸給分析電路μ CA和μ CB以外，還可傳 輸其他狀態(tài)數(shù)據(jù)。所述通信連接還可用于可編程邏輯電路PL的參數(shù)化。同樣可以想見的 是，用于開關(guān)PRA、PRB的控制信號并非如之前所述通過自有通信線傳輸，而是通過通信連 接KVA和KVB傳輸。為此，在通過通信連接KVA和KVB進(jìn)行通信的情況下采用安全協(xié)議就 比較有利。分析電路μ CA和可編程邏輯電路PL之間的通信連接KVA以及分析電路μ CB 和可編程邏輯電路PL之間的通信連接KVB可按SPI、IO-Link或RS-232等標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)。圖2展示的是圖1所示可編程邏輯電路PL的一種可行實(shí)施方案。可編程邏輯電路 PL包括測試及監(jiān)測裝置PL1、電流分析電路PL2以及通向分析電路μ CA、μ CB的接口 PL3。 測試及監(jiān)測裝置PLl是可編程邏輯電路PL的必要組件，而電流分析電路PL2和通向分析電 路μ CA、μ CB的接口 PL3是可選組件。測試及監(jiān)測裝置PLl包括一個(gè)與門G2A，其輸入端與輸入端INAl及ΙΝΑ2相連。與 門G2A的輸出端與另一個(gè)與門G3A的第一輸入端以及兩個(gè)異或門G4A1、G4A2的第一輸入端 相連。與門G3A的第二輸入端與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFA相連，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端與時(shí)鐘 CLKA耦合。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFA的輸出端上存在一反轉(zhuǎn)信號。與門G3A的輸出端與安全輸 出端OUTA相連。比較器Kl的第一輸入端與反饋輸入端FBA相連，其中，輸入該比較器的信 號經(jīng)反轉(zhuǎn)處理。比較器Kl的第二輸入端Refl上存在一基準(zhǔn)信號。比較器Kl的輸出端分 別與異或門G4A1和G4A2的第二輸入端相連。異或門G4A1的輸出端與狀態(tài)輸入端STAl相 連。異或門G4A2的輸出端也以類似方式與狀態(tài)輸入端STA2相連。狀態(tài)輸入端STA1、STA2 與前述狀態(tài)寄存器耦合，在本實(shí)施例中，所述狀態(tài)寄存器設(shè)置在微控制器μ CA中。為達(dá)到冗余目的，測試及監(jiān)測裝置PLl中也以相同方式設(shè)有上述電路部分。為此，輸入端ΙΝΒ1、ΙΝΒ2與與門G2B的輸入端相連。與門G2B的輸出端與與門G!3B 的第一輸入端以及兩個(gè)異或門G4B1、G4B2的第一輸入端相連。與門G3B的第二輸入端與單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFB相連，該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端與時(shí)鐘發(fā)生器CLKB耦合。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFB 的輸出端上存在一反轉(zhuǎn)信號。與門G!3B的輸出端與安全輸出端OUTB相連。反饋輸入端FBB 與比較器K2的第一輸入端相連，其中，輸入該比較器的信號經(jīng)反轉(zhuǎn)處理。第二輸入端Ref2 上存在一基準(zhǔn)信號。比較器K2的輸出端分別與門G4B1和G4B2的第二輸入端相連。異或 門G4B1、G4B2的輸出端與狀態(tài)輸入端STBl、STB2相連。狀態(tài)輸入端STBl、STB2與兩個(gè)寄 存器相連，在本實(shí)施例中，這些狀態(tài)寄存器設(shè)置在分析電路μ CB中。狀態(tài)輸入端STAl、STA2、STBl、STB2上的信號通過通信連接KVA、KVB被傳輸給分 析電路μ CA、μ CB。為此，可編程邏輯電路PL具有通向分析電路μ CA、μ CB的接口 PL3。在電流分析電路PL2中對流經(jīng)電子開關(guān)TRA、TRB的電流實(shí)施監(jiān)測。為此，用于測 量電流的輸入端ISAl和ISA2、ISBl和ISB2分別與相應(yīng)的電流分析單元AWA及AWB相連。 電流分析單元AWA、AWB的作用在于，根據(jù)輸入端ISAl和ISA2、ISBl和ISB2上的電壓差和 分流電阻RA、RB的已知變量來測定流經(jīng)開關(guān)TRA、TRB的電流。電流分析單元AWA、AffB的輸出端均和門Gl耦合，該門與電流狀態(tài)輸出端I_STATE耦合。一旦發(fā)現(xiàn)有過電流流經(jīng)其中 一個(gè)電子開關(guān)TRA、TRB,電流狀態(tài)輸出端I_STATE上就會(huì)形成相應(yīng)的狀態(tài)信號。該狀態(tài)信 號優(yōu)選由其中一個(gè)通信連接或兩個(gè)通信連接KVA、KVB傳輸。傳輸情況可由其中一個(gè)分析電 路μ CA、μ CB進(jìn)行分析。出現(xiàn)過電流時(shí)，相關(guān)的那個(gè)電子開關(guān)會(huì)被斷開，或者兩個(gè)電子開關(guān) TRA、TRB都被斷開。測試及監(jiān)測裝置PLl的工作原理如下。所述安全開關(guān)裝置正常工作時(shí)，輸入端 INAl和INA2上存在一個(gè)邏輯“1”信號，因此，與門G2A的輸出端以及異或門G4A1和G4A2 的第一輸入端上同樣存在邏輯“1”。如果單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFA的輸出端上同樣存在邏輯“1” 信號，與門G3A的輸出端上的邏輯“1”信號就會(huì)觸發(fā)電子開關(guān)TRA轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)。為了對上述電子開關(guān)進(jìn)行檢驗(yàn)，由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MFA在短時(shí)間內(nèi)(例如300ms至 500ms)產(chǎn)生邏輯“0”信號，那么在這段時(shí)間內(nèi)，與門G3A的輸出端上存在邏輯“0”，電子開 關(guān)TRA就會(huì)轉(zhuǎn)換到阻斷狀態(tài)。這種疊加會(huì)在第一端子OUT(P)上引起電位變化，可以在反饋 輸入端FBA上檢測這種電位變化。由于電子開關(guān)TRA阻斷而形成在端子OUT(P)上的邏輯 “0”被反轉(zhuǎn)并被傳輸給比較器Kl的第一輸入端。由于比較器Kl的第二輸入端Refl上存在 基準(zhǔn)信號，因此比較器Kl的輸出端上存在邏輯“0”，這樣在用該第一輸入端上的邏輯“1”進(jìn) 行運(yùn)算時(shí)，門G4A1或G4A2的輸出端上就會(huì)產(chǎn)生邏輯“ 1 ”。如此，狀態(tài)輸入端STAl和STA2 上就顯示邏輯“ 1 ”，這就表明電子開關(guān)TRA運(yùn)行正常。測試及監(jiān)測裝置PLl的其余電路部分以類似方式工作。假如電子開關(guān)TRA運(yùn)行不正常，狀態(tài)輸入端STA1、STA2上就會(huì)出現(xiàn)邏輯“0”。根據(jù)基準(zhǔn)信號Refl的具體設(shè)計(jì)方案，也可采用與上述方式相反的對應(yīng)關(guān)系來表 示電子開關(guān)TRA的正常或不正常運(yùn)行情況。電流分析電路PL2可對流經(jīng)任何一個(gè)電子開關(guān)TRA、TRB的過電流進(jìn)行檢測。這樣 做主要是為了防止開關(guān)TRA、TRB毀壞，即使在這些開關(guān)設(shè)計(jì)為不自帶安全電子設(shè)備的普通 半導(dǎo)體開關(guān)的情況下也是如此。本發(fā)明安全開關(guān)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，可對安全相關(guān)輸出端進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的控制與分 析。這就使安全相關(guān)控制裝置的研發(fā)人員需要了解的關(guān)于安全相關(guān)輸出端的專有技術(shù)大幅 減少。此外，通過將測試及監(jiān)測裝置與分析電路分離，還能減小分析電路的體積進(jìn)而降低其 成本，比如，可以采用微控制器或微處理器。將串行接口整合進(jìn)可編程邏輯電路可減少復(fù)雜 安全系統(tǒng)中所需分析電路的數(shù)量。此外，由于可以在分析裝置進(jìn)行控制的同時(shí)并行實(shí)施測 試及監(jiān)測功能，本發(fā)明的安全開關(guān)裝置還具有速度方面的優(yōu)勢。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，與傳統(tǒng)安全開關(guān)裝置相比，本發(fā)明的安全開關(guān)裝置在電 路載體上占用的空間更小。拆卸起來也更方便。全部的測試及監(jiān)測功能均由可編程邏輯電 路控制和分析，其中，只有分析結(jié)果被傳達(dá)給分析電路。這樣可減輕分析電路的負(fù)荷。參考符號表
μ CA分析電路(微控制器)
μ CB分析電路(微控制器)
VDD供電電壓
VSS基準(zhǔn)電位
Ρ24供電電壓
OUTAl非安全輸出端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
OUTBl非安全輸出端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
PL可編程邏輯電路
PLl測試及監(jiān)測裝置
PL2電流分析電路
PL3通向分析電路的接口
INA輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
INB輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
INAl輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
INA2輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
INBl輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
INB2輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
OUTA安全輸出端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
OUTB安全輸出端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
FBA反饋輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
FBB反饋輸入端(用于驅(qū)動(dòng)器的控制信號)
TRA電子開關(guān)
TRB電子開關(guān)
OUT (P)第一端子
OUT (M)第一端子
KLAΛ-Λ- ~·丄山 弟一兄而子
KLBΛ-Λ- ~·丄山 弟一兄而子
LA用電設(shè)備
Rll電阻
R12電阻
R13電阻
R21電阻
R22電阻
R23電阻
R31電阻
R32電阻
R33電阻
R51電阻
R52電阻
R53電阻
ISAl用于測量電流的輸入端
ISA2用于測量電流的輸入端
ISBl用于測量電流的輸入端
ISB2用于測量電流的輸入端
AffA電流分析單元
AffB電流分析單元
Gl門
Kl比較器
Refl基準(zhǔn)輸入端
G2A與門
G3A與門
G4A1異或門
G4A2異或門
K2比較器
Ref2基準(zhǔn)輸入端
G2B與門
G3B與門
G4B1異或門
G4B2異或門
CLKA時(shí)鐘
CLKB時(shí)鐘
MFA單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
MFB單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
KVA通信連接
KVB通信連接
RA分流電阻
RB分流電阻
STAl狀態(tài)輸入端
STA2狀態(tài)輸入端
STBl狀態(tài)輸入端
STB2狀態(tài)輸入端
I_STATE電流狀態(tài)輸出端
權(quán)利要求
1.一種安全開關(guān)裝置，其用于為至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)輸出一開關(guān)信號以便對一電 路進(jìn)行安全相關(guān)斷路，通過所述電路可對一用電設(shè)備(LA)的電源切斷情況進(jìn)行控制，所述 安全開關(guān)裝置包括至少一個(gè)分析電路(yCA，μ CB)，所述分析電路在一相應(yīng)輸出端(0UTA1，OUTBl ； 0UTA2，0UTB2)為所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)輸出一相應(yīng)的非安全控制信號；一可編程邏輯電路(PL)，可在一相應(yīng)輸入端(INA1，INB1 ；INA2,INB2)上接受所述一個(gè) 或復(fù)數(shù)個(gè)控制信號，所述可編程邏輯電路與所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)相連以便通過一 安全控制信號對所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)進(jìn)行控制，其中，所述可編程邏輯電路實(shí)施 為測試及監(jiān)測裝置，所述測試及監(jiān)測裝置可在工作期間對相關(guān)開關(guān)(TRA，TRB)的順利運(yùn)行 情況進(jìn)行測試及監(jiān)測；所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)的一安全非隔離第一端子(OUT (P)，OUT (M))，所述第一 端子與所述可編程邏輯電路(PL)的一相應(yīng)反饋輸入端(FBA，F(xiàn)BB)相連以便對所述第一端 子的電位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其中，無故障運(yùn)行時(shí)的相關(guān)電位狀態(tài)對應(yīng)于所述開關(guān)(TRA，TRB) 的所述安全控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)裝置，其中，所述開關(guān)裝置包括兩個(gè)串聯(lián)的開關(guān)(TRA， TRB)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)裝置，其中，所述開關(guān)裝置包括兩個(gè)分析電路 (μ CA, μ CB)，所述分析電路在一相應(yīng)輸出端(0UTA1，OUTBl ；0UTA2, 0UTB2)上為一相應(yīng)開 關(guān)(TRA，TRB)輸出一相應(yīng)的非安全控制信號。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的開關(guān)裝置，其中，所述可編程邏輯電路 (PL)包括一用于產(chǎn)生測試脈沖的構(gòu)件(CLK，MF)，所述測試脈沖可與所述至少一個(gè)分析電 路(yCA，μ CB)存在于所述可編程邏輯電路(PL)的相應(yīng)輸入端(INA1，INBl ；INA2, INB2) 上的控制信號疊加，且當(dāng)所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)正常運(yùn)行時(shí)，可在相應(yīng)的所述反饋 輸入端(FBAJBB)上對所述測試脈沖進(jìn)行檢測。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的開關(guān)裝置，其中，一相應(yīng)端子(OUT(P)， OUT(M))的一狀態(tài)可被寫入所述可編程邏輯電路的復(fù)數(shù)個(gè)冗余寄存器或所述至少一個(gè)分析 電路(yCA，μ CB)的復(fù)數(shù)個(gè)冗余寄存器。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的開關(guān)裝置，其中，所述開關(guān)(TRA，TRB) 中的每個(gè)開關(guān)都分配有一過電流識(shí)別構(gòu)件，所述構(gòu)件用于對流經(jīng)相應(yīng)觸點(diǎn)間隙的電流進(jìn)行 監(jiān)測。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的開關(guān)裝置，其中，所述可編程邏輯電路 具有一通向所述至少一個(gè)分析電路(yCA，CB)的通信連接，特別是串行通信連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)裝置，其中，在采用一安全協(xié)議的情況下通過所述通信 連接來交換數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的開關(guān)裝置，其中，所述可編程邏輯電路 設(shè)計(jì)為FPGA或ASIC。
全文摘要
本發(fā)明提供一種安全開關(guān)裝置，其用于為至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)輸出一開關(guān)信號以便對一電路進(jìn)行安全相關(guān)斷路，通過所述電路可對一用電設(shè)備(LA)的電源切斷情況進(jìn)行控制。所述安全開關(guān)裝置包括至少一個(gè)分析電路(μCA，μCB)，所述分析電路在一相應(yīng)輸出端(OUTA1，OUTB1；OUTA2，OUTB2)上為所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)輸出一相應(yīng)的非安全控制信號。所述安全開關(guān)裝置還包括一可編程邏輯電路(PL)，可在一相應(yīng)輸入端(INA1，INB1；INA2，INB2)上將所述一或多個(gè)控制信號輸入所述可編程邏輯電路，所述可編程邏輯電路與所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)相連以便通過一安全控制信號對所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)進(jìn)行控制。所述可編程邏輯電路實(shí)施為測試及監(jiān)測裝置，所述測試及監(jiān)測裝置可在工作期間對相關(guān)開關(guān)(TRA，TRB)的順利運(yùn)行情況進(jìn)行測試及監(jiān)測。最后，本發(fā)明還具有所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)的一安全非隔離第一端子(OUT(P)，OUT(M))，所述第一端子與所述可編程邏輯電路(PL)的一相應(yīng)反饋輸入端(FBA，F(xiàn)BB)相連以便對所述第一端子的電位狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。無故障運(yùn)行時(shí)的相關(guān)電位狀態(tài)對應(yīng)于所述至少一個(gè)開關(guān)(TRA，TRB)的所述安全控制信號。
文檔編號G05B19/042GK102084305SQ200980125777
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者赫伯特·哈勒爾 申請人:西門子公司