安全开关设备和安全导向的仪器制造技术

本发明专利技术涉及一种安全开关设备(10)，包括：具有至少一个单误差容限的控制侧(40)，控制侧具有第一和第二控制单元(12、14)，第一和第二控制单元分别构造用于输出开关命令(20)给操作侧(50)上的至少两个开关元件(52、54、56)；并且控制侧包括监控单元(30、30.1、30.2、30.3)，监控单元具有第一和第二联结元件(31、36)，并且监控单元(30、30.1、30.2、30.3)构成用于输出开关命令(20)给负载回路(23)的至少一个开关元件(52、54、56)，其特征在于，至少两个开关元件(52、54、56)分别构造为标准部件，标准部件没有对其接触件(62)的强制引导，并且第一联结元件(31)经由第一反馈通道(42)与第二控制单元(14)直接连接，并且20第二联结元件(36)经由第二反馈通道(44)与第一控制单元(12)直接连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】安全开关设备和安全导向的仪器
本专利技术涉及一种安全开关设备和安全导向的仪器，安全导向的仪器配设有这种安全开关设备。
技术介绍
从DE4319750A1已知一种用于对开关输出端进行功能监控的设备，其包括两个微处理器。控制单元构造用于操作标准继电器，标准继电器组合成桥式电路。在该设备中，并联地设有两个支路，支路分别具有两个标准继电器。这两个支路与一个开关输出端的端子连接，并进而实现安全的开关。此外，由标准继电器构成的两个支路与感应式传输装置连接，感应式传输装置为了监控标准继电器的开关状态与微处理器连接。DE102010060323A1公开一种开关装置，其用于借助微控制器操作两个继电器，微控制器由看门狗监控。开关装置具有四个电开关，电开关分别与一个继电器成对地配属于微控制器和看门狗。继电器在此构造为没有强制引导的接触件。看门狗构造用于监控微控制器并且在微控制器有功能干扰的情况下经由单独的电开关中断继电器的供电。从EP2383762B1已知一种安全开关设备，其具有两个微控制器。每个微控制器与驱动器级耦合，经由驱动器级能够操作继电器。为了监控继电器的开关状态，驱动器级与两个微控制器耦合。在自动化技术的大量应用中，存在对如下安全设备的需求，其提供了高的安全程度、节约结构空间并且能够以最少的尽可能简单的部件来制造。所达到的安全等级越高，现有技术中的开关设备就越复杂且越昂贵。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的是：提供一种开关设备，其在结构耗费最小、部件数量降低且空间需求最小的同时提供了尽可能最高的安全程度，并且克服现有技术的缺点。该目的通过根据本专利技术的安全开关设备来实现。安全开关设备在其控制侧上具有至少一个单误差容限，即硬件误差容限至少为一。由此，即使在安全开关设备中的部件失效的情况下继续确保了其可靠的功能能力。安全开关设备具有第一和第二控制单元，第一和第二控制单元分别构造用于输出开关命令，以便将开关命令转换成操作，其中开关命令例如经由通信线路来传递。安全开关设备还具有监控单元，监控单元设有第一和第二联结元件。此外，监控单元中的联结元件经由反馈通道与控制单元直接连接。因此，监控单元用于监控控制单元的活动，并且控制单元用于监控监控单元。控制单元和监控单元属于根据本专利技术的安全开关设备的控制侧。根据本专利技术，第一联结元件经由第一反馈通道与第二控制单元连接。第二联结元件又经由第二反馈通道与第一控制单元连接。由此，对控制侧上所使用的部件进行差分监控，从而实现高的运行安全程度。控制侧通过操作侧来补充，在操作侧上布置至少一个开关元件。开关元件与负载回路连接，负载回路属于应用装置、例如电动机的供电装置，并且开关元件构造用于中断负载回路。经由监控单元将由控制单元输出的开关命令输送给开关元件中的至少一个并且转换成负载回路中的开关过程。根据本专利技术，开关元件分别构造成标准部件。标准部件是电子机械部件的以下结构形式，其中对于能够用于中断负载回路的接触件不设有强制引导。在没有强制引导的接触件的标准部件中(例如在标准继电器中)，在出现故障的情况下(例如接触件粘合的情况下)，能够进入如下状态，其中能够同时闭合常开接触件和常闭接触件。标准部件，即没有强制引导的接触件的部件的复杂性降低，并且与具有强制引导的接触件的开关元件相比需要更少的结构空间。此外，与具有强制引导的接触件的开关元件相比，标准部件成本更低并且单独地提供了更低的安全性。此外，根据本专利技术的安全开关设备中的监控单元仅需要两个控制单元和两个联结元件。由此，相对于已知的解决方案，显著地节省了电子部件。由于节省了结构空间，根据本专利技术的安全开关设备能够以明显更经济且更紧凑的方式来制造，并且与至今为止已知的解决方案相比，例如能够装入到尺寸更小的唯一壳体中。此外，标准部件比具有接触件强制引导的部件成本更低，从而可以成本高效地维护所要求的安全开关设备。同时，根据本专利技术的安全开关设备提供与已知的解决方案相比至少程度相同的安全性。优选地，在根据本专利技术的安全开关设备中，第一控制单元直接与第一联结元件的基极端子连接，以用于其操作。因此，借助第一反馈通道通过第二控制单元来监控通过第一控制单元对第一联结元件的操控。在此，当通过第二控制单元确定了故障时，第二控制单元构造用于采取对策。对策例如是操作第二联结元件的基极端子，以建立操作侧上的安全状态。替代地或补偿地，第二控制单元能够直接与第二联结元件的基极端子连接，以对其进行操作。因此，借助第二反馈通道通过第一控制单元来监控通过第二控制单元对第二联结元件的操控。在此，当第一控制单元确定了故障时，第一控制单元构造用于采取对策。对策例如是操作第一联结元件的基极端子，以建立操作侧上的安全状态。由此，整体上，确保对控制侧上的部件进行附加监控。该附加监控确保了控制侧达到高于90％的、尤其90％至99％的诊断覆盖率。诊断覆盖率是关于参考时间段的两个值之比。第一个值是所识别的、在参考时间段中出现的、有威胁的故障的数量。第二个值是第一个值和在参考时间段中未识别到的有威胁的故障的数量之和。诊断覆盖率是第一个值和第二个值的商并且能够以百分比示出。因此，根据本专利技术的安全开关设备能够达到SIL3级别的运行安全性。所概述的附加监控通过不管怎样都存在的部件来实现，从而使得安全开关过程的复杂度和其结构耗费最小化。在本专利技术的一个优选的实施方式中，安全开关设备的操作侧具有至少一个双误差容限、即硬件误差容限至少为二，和/或具有至少60％、优选70％至90％的安全失效分数，简称SFF。对此，操作侧配有至少三个开关元件，使得在两个开关元件失效的情况下，存在至少一个第三开关元件，使得中断负载回路。此外，开关元件构造为，使得其各个诊断覆盖率的组合为至少60％，优选70％至90％。由此，借助简单的且节约空间的开关元件，例如标准继电器还实现高的安全程度。因此，操作侧适合于需要作为SIL3或SIL4的分类的应用，即也适合于安全性尤其关键的应用。整体上，根据本专利技术的安全开关设备适用于：以简单的、紧凑的且成本高效的构造方式实现至少一个作为SIL3-仪器的分类。还优选地，第一和/或第二联结元件分别具有集电极端子和发射极端子。结合基极端子，第一或第二联结元件因此起到逻辑元件的作用。在第一或第二联结元件的集电极端子处施加运行电压的情况下，通过开关命令触发的对基极端子的操作用于：实现或停止经过所属的发射极的电通流。在晶体管领域中常见的术语“集电极、基极和发射极”可理解为是示例性的。技术上具有相同的开关功能的全部电子部件形成本专利技术意义上的联结元件。这种联结元件能够以简单且快速的方式进行处理，提供高度可靠性和高的操作速度。由此，能够快速地采取对策，例如通过开关元件分离负载回路。此外，在根据本专利技术的安全开关设备中，属于第一联结元件的第一发射极端子直接与第二集电极端子连接，第二集电极端子又属于第二联结元件的。替选地，第一联结单元处的第一集电极端子也能够与第二联结单元的第二发射极端子直接连接。在监控单元运行时，联结元件的经由它们的集电极和发射极端子的这种直接连接确保了在将开关命令发送给开关元件时对故障状态的故障鲁棒的相互识别。第一和/或第二联结元件有利地分别构造为晶体管、场效应晶体管、晶闸管、双向晶闸管、IGBT、驱动器模块、集成电路或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种安全开关设备(10)，包括：具有至少一个单误差容限的控制侧(40)，所述控制侧具有第一和第二控制单元(12、14)，所述第一和第二控制单元分别构造用于输出开关命令(20)给操作侧(50)上的至少两个开关元件(52、54、56)；并且所述控制侧包括监控单元(30、30.1、30.2、30.3)，所述监控单元具有第一和第二联结元件(31、36)，并且所述监控单元(30、30.1、30.2、30.3)构成用于输出所述开关命令(20)给负载回路(23)的至少一个所述开关元件(52、54、56)，其特征在于，至少两个所述开关元件(52、54、56)分别构造为标准部件，所述标准部件没有对该标准部件的接触件(62)的强制引导，并且所述第一联结元件(31)经由第一反馈通道(42)与所述第二控制单元(14)直接连接，并且所述第二联结元件(36)经由第二反馈通道(44)与所述第一控制单元(12)直接连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种安全开关设备(10)，包括：具有至少一个单误差容限的控制侧(40)，所述控制侧具有第一和第二控制单元(12、14)，所述第一和第二控制单元分别构造用于输出开关命令(20)给操作侧(50)上的至少两个开关元件(52、54、56)；并且所述控制侧包括监控单元(30、30.1、30.2、30.3)，所述监控单元具有第一和第二联结元件(31、36)，并且所述监控单元(30、30.1、30.2、30.3)构成用于输出所述开关命令(20)给负载回路(23)的至少一个所述开关元件(52、54、56)，其特征在于，至少两个所述开关元件(52、54、56)分别构造为标准部件，所述标准部件没有对该标准部件的接触件(62)的强制引导，并且所述第一联结元件(31)经由第一反馈通道(42)与所述第二控制单元(14)直接连接，并且所述第二联结元件(36)经由第二反馈通道(44)与所述第一控制单元(12)直接连接。2.根据权利要求1所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一控制单元(12)直接与所述第一联结元件(31)的基极端子(32)连接，和/或所述第二控制单元(14)直接与所述第二联结元件(36)的基极端子(38)连接。3.根据权利要求1或2所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述操作侧(50)具有至少一个双误差容限和/或至少60％、优选70％至90％的安全失效分数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一联结元件和/或所述第二联结元件(31、36)具有集电极端子(33、37)、基极端子(32、38)和发射极端子(35、39)。5.根据权利要求4所述的安全开关设备(10)，其特征在于，所述第一联结元件(31)的第一发射极端子(35)直接与所述第二联结单元(39)的第二集电极端子(37)连接，或者所述第一联结单元(31)的第一集电极端子(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里奥·迈尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE