具有安全供電單元的安全開關裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于以故障安全方式接通或關斷技術設備的安全開關裝置，該安全開關裝置包括用于接收輸入信號的輸入端，包括對輸入信號進行處理以響應于所述輸入信號來生成用于接通或關斷該技術設備的輸出信號的故障安全(failsafe)控制/評估單元，包括用于為控制/評估單元提供至少一個操作電壓的供電單元，所述供電單元具有接地連接，其中，供電單元經由饋電線接收輸入電壓并且在輸出側上提供限定的輸出電壓。
【背景技術】
[0002]例如從DE 10 2006 004 558 Al知曉此類安全開關裝置。
[0003]安全開關裝置和故障安全控制/評估單元就本發明分別是開關裝置和控制/評估單元而言分別至少符合遵循標準EN ISO 13849-1的PI d (性能等級)和/或遵循EN/IEC62061的SIL 2(安全完整性等級)。特別地，這包括用于控制和實施工業生產環境領域中的安全關鍵任務的開關裝置、安全控制器以及傳感器模塊和致動器模塊。特別地，已知以下開關裝置，所述開關裝置對緊急關斷按鈕或防護門的操作位置或例如光柵的功能狀態進行監視，并且響應于操作位置或功能狀態而關斷機器或機器區域。此類安全開關裝置的故障對操作人員會有威脅生命的后果，因此只有在相關監管機構認可這些安全開關裝置時才可以使用這些安全開關裝置。
[0004]—般地，此類安全開關裝置包括用于連接發信號裝置的輸入端、用于故障安全地關斷負載的輸出側開關裝置、響應于發信號裝置來控制開關裝置的控制/評估單元、以及用于提供操作電壓的供電單元。
[0005]安全開關裝置中使用的供電單元通常用于提供用于安全開關裝置的電氣部件的特定操作電壓。一般地，將較高的DC電壓或AC電壓轉換成一個或多個較低的操作電壓。
[0006]在安全開關裝置的情況下，外部供電單元最初通常用作對危害人體的電流的防備，使得即使在部件有缺陷的情況下仍將最大輸出電壓限制在對人類無危險的值。就普通安全開關裝置而言，這個絕不能超過的最大輸出電壓通常是65伏特，其中，用于安全開關裝置的操作的標稱電壓通常是24伏特。
[0007]為了將能量提供給電氣組件，安全開關裝置包括另外的供電單元，所述另外的供電單元通常集成于安全開關裝置中并且將由外部供電單元提供的例如24伏特的額定電壓轉換成所需要的較低的操作電壓，例如，諸如3.3伏特、5伏特、12伏特或24伏特。必須包括這些供電單元以對最高達65伏特的過電壓進行管理，使得即使在供電單元內存在任何有缺陷的組件，過電壓仍不損壞安全開關裝置的要供以能量的元件。
[0008]例如，用于安全開關裝置的此類過電壓保護裝置可從DE 10 2008 051 514 Al獲知。所描述的裝置在這種情況下包括比較器和電可控電流關斷裝置，所述電可控電流關斷裝置在出現過電壓時中斷通向安全模塊的電流通路。在過電壓保護情況下的缺點是:在過電壓保護電路中特別是在電流關斷元件中的有缺陷組件甚至會在要供以能量的組件中導致過電壓，并且所述過電壓會損壞所述的要供以能量的組件。
[0009]DE 44 36 858 C2公開了具有串聯連接的多個限制器元件的另外的過電壓保護裝置，其中，將此串聯連接布置在受限的兩個當前連接之間。限制器元件的正向電壓之和限定電流連接之間的最高容許電壓。可以借助于部分地橋接各個限制器元件并且通過讀回限制器元件處的電壓變化，可測試限制元件的操作性并且從而測試整個保護裝置的操作性。過電壓保護裝置的缺點是該度量僅對暫態過電壓有效。然而，持續出現的過電壓會對過電壓保護裝置的組件造成損壞，從而導致不安全狀態。
[0010]總而言之，已知用于供電單元的另外的過電壓保護裝置被稱為箝位電路。在箝位電路的情況下監測輸出電壓并且當出現過電壓時借助于晶閘管使輸入端對地短路。這導致熔絲例如保護熔絲觸發并且電流供給永久中斷。與前面提到的過電壓保護裝置相比，箝位電路具有的優點是電流供給安全且永久地被中斷。然而，箝位電路的缺點在于以下事實:僅當供電單元的輸入端實際上對地短路并且熔絲觸發時才能夠測試電路的操作性。因此不可能在運行操作期間執行測試。
[0011]在此背景下，本發明的目的是提供一種有效地受到保護而免于過電壓并且可以在運行操作期間測試保護機制的安全開關裝置。
【發明內容】
[0012]根據本發明的一個方面，該目的借助于序言中所提到的此類安全開關裝置來實現，其中，第一開關元件和第二開關元件串聯連接并且將供電單元的輸入端連接至接地連接，并且其中，如果第一開關元件和第二開關元件處于低阻抗狀態，則饋電線中的斷續器元件觸發，其中，在第一開關元件與第二開關元件之間布置有參考點，并且在第一開關元件處于閉合低阻抗狀態的情況下并且在第二開關元件處于斷開狀態的情況下，所述參考點的電壓值與第一限定預期值對應，并且在第一開關元件處于斷開狀態并且第二開關元件處于閉合低阻抗狀態的情況下所述電壓值與第二限定預期值對應。
[0013]因此，新的安全開關裝置的過電壓保護裝置基于箝位電路的基本原則。串聯連接的第一開關元件和第二開關元件將供電單元的輸入端連接至接地連接。如果當前的輸出電壓大于限定的輸出電壓，則閉合兩個開關元件并且以低阻抗的方式將饋電線接地。從饋電線通過斷續器元件例如保護熔絲流至地的所得高電流觸發斷續器元件，并且供電單元與饋電線安全永久地分離。對供電單元的電流供給完全中斷。
[0014]與在現有技術中所知的箝位電路相比，過電壓保護裝置從而包括與第一開關元件串聯連接的另外的第二開關元件。為了觸發斷續器元件，必須致動并且同時閉合兩個開關元件。此外，在開關元件之間設置有參考點，并且根據第一開關元件或第二開關元件的狀態，在所述參考點處出現不同的限定電壓電平。例如，如果僅第一開關元件處于低阻抗狀態，則相比于如果僅第二開關元件處于低阻抗狀態，在參考點處出現更高的電壓值。如果第一和第二開關元件正常運行，則能夠確定參考點處的電壓的精確的預期值。
[0015]第一開關元件和第二開關元件的操作性以及與其相關聯的整個箝位電路的操作性能夠以簡單的方式通過該布置即通過單獨閉合開關元件以及將在參考點處的當前電壓與預期值相比來測試。
[0016]特別有利的是，能夠在運行操作期間測試安全功能，而不必停止技術設備。同時，在測試過程期間保護功能保持完全完好。如果過電壓出現而兩個開關元件中的一個開關元件為了測試目的而處于低阻抗狀態時，則安全功能仍能夠觸發的原因在于:另一個開關元件也轉變成低阻抗狀態。隨后觸發斷續器元件導致安全開關裝置與電流供給分離，于是技術設備默認轉變成安全無危險的狀態。
[0017]新的發明的另外的優點存在于以下事實中:作為可以測試供電單元的安全功能的結果，安全開關裝置能夠以非常經濟有效的方式實現根據上面提到的相關安全標準EN ISO13849-1和EN/IEC 62061的PL e或SIL 3。為了驗證用于部分系統的PL e/SIL 3，能夠指示診斷覆蓋率DC是有必要的。然而，僅可以在能夠連續測量部分系統的安全功能時確定診斷覆蓋率DC。由于當計算安全特征值時有必要根據IEC 61508，比EN/IEC 62061排名更高的標準，來考慮電壓供給，并且從而將它估計為部分系統，所以連續地測試它的安全功能是有利的。能夠以非常簡單的方式借助于根據本發明的裝置來實現這類測試過程。
[0018]因此，上面提到的目的完全實現。
[0019]在優選的改進中，安全開關裝置包括控制元件，所述控制元件選擇性地致動第一開關元件或第二開關元件并且將參考點處的電壓值與第一預期值和第二預期值進行比較。
[0020]可以借助于控制單元使測試過程自動化。為了這個目的，控制元件交替地致動第一開關元件和第二開關元件并且將出現在參考點處的電壓與預配置的預期值進行對比。預期值優選地存儲于儲存器中，但是它們也能夠借助于可變的參考元件如二極管或可調節的分壓器例如齊納(Zener)來提供。借助于對所測量的電壓與預期值進行的比較，可以測試各個開關元件的操作性，并且從而測試整個保護裝置的操作性。在該改進的情況下特別有利的是，能夠連續測試保護裝置。
[0021]在另一個改進中，如果第一開關元件和第二開關元件處于斷開狀態，在參考點處出現第三限定預期值。
[0022]如果第一開關元件和第二開關元件兩者都處于斷開即非導電狀態，則在參考點處出現不同于第一預期值和第二預期值的另外的電壓值。優選地，該電壓值是第一預期值和第二預期值的平均值。此外，該平均值優選地尤其取決于輸入電壓，使得有缺陷的開關元件不會由波動的輸入電壓來錯誤地表示。在一種實施例中，將分壓器直接設置在斷續器元件的下游，使得以簡單且經濟有效的方