本發(fā)明涉及一種繼電器電路，更具體地，涉及一種布置為執(zhí)行自測試的安全繼電器電路和一種用于執(zhí)行自測試的方法。

背景技術(shù)：

在工業(yè)過程中，多個機(jī)器被用于執(zhí)行自動化任務(wù)。這些過程通常通過可編程邏輯控制器(plc)或能夠控制和驅(qū)動機(jī)器的其它自動化設(shè)備來控制和監(jiān)督。在故障、過程中斷或?qū)θ藛T或其它機(jī)器造成危險風(fēng)險的其它事件的情況下，控制器需要干預(yù)過程。例如，通過切斷機(jī)器的電源或?qū)C(jī)器的操作模式改變?yōu)榘踩Ｊ?。簡而言之，控制電路能夠切換到故障安全狀態(tài)。

這需要存在致動器、傳感器和/或其它設(shè)備以實現(xiàn)安全功能。安全功能適用于所有其中系統(tǒng)故障對相關(guān)人員、環(huán)境和設(shè)備的安全有決定性影響的那些應(yīng)用。這種安全功能可以通過其完整性水平來評估：安全完整性水平(sil)。這反映了系統(tǒng)將風(fēng)險降低到可容忍水平的能力。

安全儀表系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)符合國際電工委員會(iec)開發(fā)的“電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全”國際標(biāo)準(zhǔn)iec61508。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)險評估和在由傳感器、邏輯解算器和執(zhí)行器組成的安全功能的設(shè)計中應(yīng)采取的措施。這樣的措施包括“故障避免”(系統(tǒng)故障)和“故障控制”(系統(tǒng)和隨機(jī)故障)。它為安全儀表系統(tǒng)提供了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以將風(fēng)險降低到可容忍的水平。

一類切換設(shè)備涉及安全繼電器，其設(shè)計要求在標(biāo)準(zhǔn)en50205“具有強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的繼電器”中限定。具有強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的安全繼電器在避免機(jī)器和系統(tǒng)中的事故方面起到?jīng)Q定性作用。強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)監(jiān)控安全控制電路的功能。對于這種安全功能，所有可能出現(xiàn)的假定故障必須已經(jīng)被考慮并且其影響被檢查。

具有強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的繼電器具有提供相反連接狀態(tài)的至少兩個觸點(diǎn)，當(dāng)一個是“斷開”的時，另一個可以是閉合的。這種安全繼電器具有接通和斷開觸點(diǎn)不能同時閉合的特性。特別地，具有至少一個斷開觸點(diǎn)和至少一個接通觸點(diǎn)的功率繼電器被設(shè)計為通過機(jī)械器件使得接通和斷開觸點(diǎn)不能同時處于閉合位置。這要求在操作壽命期間，不僅在正常操作條件下，而且在發(fā)生故障時，觸點(diǎn)間隙不得小于0.5mm。該要求允許相應(yīng)的異或觸點(diǎn)檢測到觸點(diǎn)的故障以斷開。

例如，接通觸點(diǎn)的故障由通電接入時斷開觸點(diǎn)的非斷開指示。

反之亦然，斷開觸點(diǎn)的故障由通電接入時接通觸點(diǎn)的非閉合指示。

具有如上所述的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的安全繼電器僅在檢測到安全問題的情況下通電，在正常操作條件下，繼電器處于斷電模式。因此，在長時間的正常運(yùn)行期間沒有遇到任何安全問題的過程不激勵任何繼電器。因此，隨著時間的推移，在緊急情況下可能出現(xiàn)關(guān)于繼電器的可靠性的不確定性，因為直到觸點(diǎn)通電才會檢測到繼電器故障。例如，觸點(diǎn)可能變得熔接或觸點(diǎn)彈簧已經(jīng)斷裂。為了檢查繼電器的操作和安全電路的可靠性，需要執(zhí)行預(yù)防性的周期性驗證。這些干預(yù)需要關(guān)閉被調(diào)查的系統(tǒng)或過程，最終的停機(jī)引出主要缺點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于安全應(yīng)用的克服上述缺點(diǎn)的繼電器電路。該繼電器電路可以應(yīng)用在能夠遵從安全完整性水平3的安全電路中。

根據(jù)第一方面，提供了一種包括四個繼電器的繼電器電路，每個繼電器具有第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)和第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)。四個繼電器布置成具有兩個串聯(lián)連接的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的第一繼電器對和第二繼電器對。第一繼電器對和第二繼電器對并聯(lián)布置在電源連接部和負(fù)載連接部之間，用于通過第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)將電源切換到負(fù)載。這樣的繼電器電路使得能夠經(jīng)由繼電器對中的一個繼電器對提供電力，同時經(jīng)由另一個繼電器對切斷電力，這有助于測試已切斷電力的繼電器對，而不中斷由安全儀表系統(tǒng)監(jiān)督的過程，繼電器電路形成該安全儀表系統(tǒng)的一部分。

根據(jù)另一方面，繼電器電路還包括微控制器。微控制器布置為操作第一繼電器對以通過第一繼電器對的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)向負(fù)載供電，操作第二繼電器對以通過第二繼電器對的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)切斷到負(fù)載的電力，以及分別驗證第二繼電器對中的每個繼電器。

在一個實施例中，每個繼電器的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)是常開的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)，每個繼電器的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)是常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)。

在另一實施例中，每個繼電器的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)是常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)，每個繼電器的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)是常開的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)。

在又一方面，公開了用于執(zhí)行如上所述的繼電器電路的自測試的方法。該方法可以以不同的時間間隔、在正常運(yùn)行時間或生產(chǎn)輸出周期性地重復(fù)。這有助于自測試監(jiān)測，其可以作為自動化過程來執(zhí)行。

附圖說明

將參考附圖僅作為示例描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的繼電器電路的示例；

圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的安全電路的示例；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的繼電器電路的另一示例；以及

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。

具體實施方式

參考圖1，示出了具有四個繼電器50,60,70,80的繼電器電路1。每個繼電器具有第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61,71,81和第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)52,62,72；82。四個繼電器50,60,70,80布置成具有兩個串聯(lián)連接的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51,61；和71,81的第一繼電器對2和第二繼電器對3。因此，兩個繼電器50,60形成第一繼電器對2的兩個繼電器。并且兩個繼電器70,80形成第二繼電器對3的兩個繼電器。第一繼電器對2具有串聯(lián)連接的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51,61。第二繼電器對3具有串聯(lián)連接的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)71,81。第一繼電器對2和第二繼電器對3并聯(lián)布置在電源連接部4和負(fù)載連接部5之間，用于通過第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51,61和71,81將電源切換到負(fù)載。因此，每個繼電器對2,3形成用于將電源連接到負(fù)載的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的分支。

在該示例中，繼電器50,60,70,80通過給線圈53,63,73,83供電來切換，線圈拉動第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61,71,81和第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)52,62,72；82從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)。所以，從斷開到閉合或從閉合到斷開進(jìn)行切換。強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)由它們在不通電時，即斷電時所處的狀態(tài)來表征，所述狀態(tài)分別被稱為“常開”或“常閉”。

在繼電器電路1中，第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61,71,81和第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)52,62,72；82優(yōu)選地具有相反類型。例如，在圖1的繼電器電路1中，每個繼電器的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61,71,81是常開的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)，每個繼電器的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)52,62,72；82是常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)。在其它實施例中，例如，每個繼電器的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61,71,81可以是常閉型，并且每個繼電器的第二強(qiáng)制導(dǎo)向觸點(diǎn)52,62,72；82可以是常開型。

因為每個繼電器對2,3的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51；61和71,81具有相同類型，所以電源連接部4和負(fù)載連接部5可以通過這些第一觸點(diǎn)電連接。繼電器對2,3可以獨(dú)立地操作，因此第一繼電器對2的第一和第二繼電器50,60可以通電，而第二繼電器對3的第一和第二繼電器70,80可以斷電。當(dāng)命令將激活兩個串聯(lián)連接的開關(guān)時，每個繼電器對提供遵從系統(tǒng)完整性水平3(sil3)的功能。

參考圖2，示出了安全電路6，其包括圖1的繼電器電路1、連接到繼電器電路1的電源連接部4的電源8和連接到負(fù)載連接部5的負(fù)載9。繼電器電路1還包括微控制器7和電路電源10。電路電源10由微控制器7控制，以供應(yīng)用于操作第一繼電器對2和第二繼電器對3的電力。在該示例中，操作繼電器對2,3通過對每個繼電器50,60；70,80的線圈53,63；73,83通電或斷電來執(zhí)行。

微控制器7被布置用于操作一個繼電器對2,3以在操作另一個繼電器對3,2以通過該另一個繼電器對3,2的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)71,81；51,61斷開電源8到負(fù)載9的連接(即切斷到負(fù)載9的電力)之前，通過該一個繼電器對2,3的第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)51,61；71,81將電源8連接到負(fù)載9，即供應(yīng)電力到負(fù)載9。微控制器7還被布置用于驗證切斷電力所通過的繼電器對3,2的每個繼電器70,80；50,60的操作。

因此，從電源8到負(fù)載9的電力將總是通過繼電器對2,3中的一個繼電器對提供。在圖1和圖2的具有常開觸點(diǎn)的示例中，這意味著繼電器對2,3中的一個繼電器對在另一個繼電器對3,2被斷電之前被通電。在常閉觸點(diǎn)的情況下，這意味著繼電器對2,3中的一個繼電器對在另一個繼電器對3,2被通電之前被斷電。然后可以測試切斷電力所通過的繼電器對，以驗證其每個繼電器的適當(dāng)操作。

由于具有一個常開觸點(diǎn)和一個常閉觸點(diǎn)的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)，觸點(diǎn)永遠(yuǎn)不能處于相同狀態(tài)，因此一個觸點(diǎn)的閉合狀態(tài)必然指示另一個觸點(diǎn)的斷開狀態(tài)。因此，命令斷開在正常操作條件下通過其向負(fù)載供電的觸點(diǎn)應(yīng)導(dǎo)致該同一繼電器的另一聯(lián)動觸點(diǎn)的閉合。該操作允許使用聯(lián)動觸點(diǎn)來驗證其是否已經(jīng)閉合，并且隨之驗證提供電力所通過的觸點(diǎn)確實是斷開的。

因此，驗證切斷電力所通過的繼電器對2,3的每個繼電器50,60；70,80在本示例中可以包括微控制器7，微控制器7還可以布置為向每個繼電器的每個第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)發(fā)送測試信號并檢查其傳輸。因此，微控制器7布置為通過切斷電力所通過的繼電器對3的兩個繼電器70,80中的第一繼電器70的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)72發(fā)送第一反饋信號74，并且檢查第一反饋信號74的傳輸，即接收。并且連續(xù)地通過切斷電力所通過的繼電器對的兩個繼電器70,80中的第二繼電器80的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)82發(fā)送第二反饋信號84，并且檢查第二反饋信號84的傳輸，即接收。類似地，當(dāng)切斷通過該繼電器對2到負(fù)載9的電力供應(yīng)時，微控制器7可以向第一繼電器對2的繼電器50,60的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)52,62發(fā)送連續(xù)反饋信號54,64，并且檢查其傳輸。

如果在微控制器7處沒有接收回反饋信號，這意味著第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)沒有閉合，并且第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)仍然閉合。這指示繼電器或命令出現(xiàn)故障，無論是哪一個，sil3功能有缺陷。如果接收到反饋信號，則驗證繼電器的適當(dāng)功能。

參考圖3，示出了繼電器電路101的另一示例。繼電器電路101具有四個繼電器150,160,170,180、微控制器107、電路電源110。每個繼電器150,160,170,180具有常開的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)152,162,172,182和常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)151,161,171,181。四個繼電器150,160,170,180布置為具有兩個串聯(lián)連接的常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)151,161,171，181的第一繼電器對102和第二繼電器對103。第一繼電器對102和第二繼電器對103并聯(lián)布置在電源連接部104和負(fù)載連接部105之間，用于通過常閉的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)151,161,171,181將電源切換到負(fù)載。因此，在該示例中，第一強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)(現(xiàn)在常閉而不是常開)在常規(guī)操作期間不通電，而是在過程中斷或危險事件的情況下通電；并且用于測試和驗證目的。

參考圖4，示出了表示用于執(zhí)行繼電器電路的自測試的方法的流程圖。提供了如圖1和3所公開的繼電器電路，其可以連接到電源和負(fù)載以形成如圖2所示的安全電路。然而，可以在不連接到電源和負(fù)載的情況下執(zhí)行自測試。

該方法還包括在操作另一個繼電器對以通過該繼電器對切斷到負(fù)載的電力之前，操作一個繼電器對以通過該繼電器對向負(fù)載供電201。操作一個繼電器對以供電意味著閉合該繼電器對的繼電器，使得在電源連接部和負(fù)載連接部之間建立電連接。當(dāng)然，如果沒有連接電源，則不傳送實際電能。類似地，如果沒有負(fù)載連接到負(fù)載連接部，則沒有電能可以被傳送到負(fù)載。如上所述，操作一個繼電器需要根據(jù)觸點(diǎn)類型：常開或常閉來將該繼電器的強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)通電或斷電。

連續(xù)地，該方法包括操作另一個繼電器對以通過該繼電器對切斷到負(fù)載的電力202。由于通過一個繼電器供電，在通過另一個繼電器切斷供電之前，暫時地通過兩個繼電器對并聯(lián)地供電，直到通過另一個繼電器切斷電力。一旦通過繼電器對切斷電力，則可以測試該繼電器對的繼電器的功能。因此，該方法包括驗證切斷電力所通過的繼電器對的每個繼電器。

驗證切斷電力所通過的繼電器對的每個繼電器包括通過兩個繼電器中的第一繼電器的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)發(fā)送第一反饋信號203，并且檢查第一反饋信號的傳輸204。并且還包括通過兩個繼電器中的第二繼電器的第二強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)發(fā)送第二反饋信號205，并且檢查第二反饋信號的傳輸206。每個繼電器的驗證可以連續(xù)地或同時執(zhí)行。因此，第一反饋信號和第二反饋信號可以在時間不同的時刻或在相同的時刻發(fā)送。

可以重復(fù)相同的過程以驗證兩個繼電器對的所有繼電器的操作?？梢砸怨潭ǖ臅r間間隔、在正常運(yùn)行時間或生產(chǎn)輸出時來執(zhí)行驗證。這允許自測試監(jiān)測，其可以作為自動化過程來執(zhí)行。

盡管以上已經(jīng)參考特定實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不旨在局限于本文所闡述的具體形式。相反，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求限制，并且除了上述具體實施例之外的其它實施例在這些所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)同樣是可能的。

此外，盡管在上面已經(jīng)在部件和/或功能的一些示例性組合中描述了示例性實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，可以通過構(gòu)件和/或功能的不同組合來提供替代實施例。此外，特別預(yù)期所描述的特定特征(單獨(dú)地或作為實施例的一部分)可以與其他單獨(dú)描述的特征或其它實施例的部分組合。