[发明专利]具有安全供电单元的安全开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于以故障安全方式接通或关断技术设备的安全开关装置，该安全开关装置包括用于接收输入信号的输入端，包括对输入信号进行处理以响应于所述输入信号来生成用于接通或关断该技术设备的输出信号的故障安全(failsafe)控制/评估单元，包括用于为控制/评估单元提供至少一个操作电压的供电单元，所述供电单元具有接地连接，其中，供电单元经由馈电线接收输入电压并且在输出侧上提供限定的输出电压。

背景技术

例如从DE 10 2006 004 558 A1知晓此类安全开关装置。

安全开关装置和故障安全控制/评估单元就本发明分别是开关装置和控制/评估单元而言分别至少符合遵循标准EN ISO 13849-1的PI d(性能等级)和/或遵循EN/IEC 62061的SIL 2(安全完整性等级)。特别地，这包括用于控制和实施工业生产环境领域中的安全关键任务的开关装置、安全控制器以及传感器模块和致动器模块。特别地，已知以下开关装置，所述开关装置对紧急关断按钮或防护门的操作位置或例如光栅的功能状态进行监视，并且响应于操作位置或功能状态而关断机器或机器区域。此类安全开关装置的故障对操作人员会有威胁生命的后果，因此只有在相关监管机构认可这些安全开关装置时才可以使用这些安全开关装置。

一般地，此类安全开关装置包括用于连接发信号装置的输入端、用于故障安全地关断负载的输出侧开关装置、响应于发信号装置来控制开关装置的控制/评估单元、以及用于提供操作电压的供电单元。

安全开关装置中使用的供电单元通常用于提供用于安全开关装置的电气部件的特定操作电压。一般地，将较高的DC电压或AC电压转换成一个或多个较低的操作电压。

在安全开关装置的情况下，外部供电单元最初通常用作对危害人体的电流的防备，使得即使在部件有缺陷的情况下仍将最大输出电压限制在对人类无危险的值。就普通安全开关装置而言，这个绝不能超过的最大输出电压通常是65伏特，其中，用于安全开关装置的操作的标称电压通常是24伏特。

为了将能量提供给电气组件，安全开关装置包括另外的供电单元，所述另外的供电单元通常集成于安全开关装置中并且将由外部供电单元提供的例如24伏特的额定电压转换成所需要的较低的操作电压，例如，诸如3.3伏特、5伏特、12伏特或24伏特。必须包括这些供电单元以对最高达65伏特的过电压进行管理，使得即使在供电单元内存在任何有缺陷的组件，过电压仍不损坏安全开关装置的要供以能量的元件。

例如，用于安全开关装置的此类过电压保护装置可从DE 10 2008 051 514 A1获知。所描述的装置在这种情况下包括比较器和电可控电流关断装置，所述电可控电流关断装置在出现过电压时中断通向安全模块的电流通路。在过电压保护情况下的缺点是：在过电压保护电路中特别是在电流关断元件中的有缺陷组件甚至会在要供以能量的组件中导致过电压，并且所述过电压会损坏所述的要供以能量的组件。

DE 44 36 858 C2公开了具有串联连接的多个限制器元件的另外的过电压保护装置，其中，将此串联连接布置在受限的两个当前连接之间。限制器元件的正向电压之和限定电流连接之间的最高容许电压。可以借助于部分地桥接各个限制器元件并且通过读回限制器元件处的电压变化，可测试限制元件的操作性并且从而测试整个保护装置的操作性。过电压保护装置的缺点是该度量仅对暂态过电压有效。然而，持续出现的过电压会对过电压保护装置的组件造成损坏，从而导致不安全状态。

总而言之，已知用于供电单元的另外的过电压保护装置被称为箝位电路。在箝位电路的情况下监测输出电压并且当出现过电压时借助于晶闸管使输入端对地短路。这导致熔丝例如保护熔丝触发并且电流供给永久中断。与前面提到的过电压保护装置相比，箝位电路具有的优点是电流供给安全且永久地被中断。然而，箝位电路的缺点在于以下事实：仅当供电单元的输入端实际上对地短路并且熔丝触发时才能够测试电路的操作性。因此不可能在运行操作期间执行测试。

在此背景下，本发明的目的是提供一种有效地受到保护而免于过电压并且可以在运行操作期间测试保护机制的安全开关装置。

发明内容