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特表2023-531400安全装置の制御のためのデバイスおよび方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-24

(54)【発明の名称】安全装置の制御のためのデバイスおよび方法

(51)【国際特許分類】

G05B 9/02 20060101AFI20230714BHJP

【ＦＩ】

G05B9/02 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022576430

(86)(22)【出願日】2021-05-31

(85)【翻訳文提出日】2023-01-27

(86)【国際出願番号】 IB2021054768

(87)【国際公開番号】W WO2021255561

(87)【国際公開日】2021-12-23

(31)【優先権主張番号】102020000014413

(32)【優先日】2020-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515332229

【氏名又は名称】ピザトエレットリカエス．アール．エル．

【氏名又は名称原語表記】ＰＩＺＺＡＴＯＥＬＥＴＴＲＩＣＡＳ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】110003487

【氏名又は名称】弁理士法人東海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ピザト，ジュゼッペ

【テーマコード（参考）】

5H209

【Ｆターム（参考）】

5H209AA01

5H209AA05

5H209DD06

5H209GG04

5H209HH22

5H209JJ03

(57)【要約】

安全装置を制御するためのデバイスは、少なくとも１つのＯＳＳＤ型出力、好ましくは１対の出力であって、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力から来る信号を検出する前記安全装置の対応する入力に接続される出力端子を有し、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力は、前記少なくとも１つの出力のオンおよびオフ条件をそれぞれ決定するのに適した供給電圧の最大閾値および最小閾値に給電可能である、少なくとも１つのＯＳＳＤ出力と、制御回路であって、前記出力端子を前記最小閾値に切り替えるためのテストマイクロパルスを送信することによって前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の動作のテストを実施し、前記最小閾値と異なる値が検出された場合に安全装置にエラー信号を送信するのに適している、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の下流に位置する回路の規定された負荷に応じて可変または調整可能な持続時間を有するテストマイクロパルスを生成するものとされている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

安全装置を制御するためのデバイスであって、
少なくとも１つの出力信号切替デバイス（ＯＳＳＤ）出力、好ましくは１対の出力であって、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力から来る信号を検出する前記安全装置の対応する入力に接続される出力端子を有し、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力は、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力のオンおよびオフ条件をそれぞれ決定するのに適した供給電圧の最大閾値および最小閾値に給電可能である、少なくとも１つのＯＳＳＤ出力と、
制御回路であって、前記出力端子を前記最小閾値に切り替えるためのテストマイクロパルスを送信することによって前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の動作のテストを実施し、前記最小閾値と異なる値が検出された場合に安全装置にエラー信号を送信するのに適している、制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の下流に位置する回路の規定された負荷に応じて可変または調整可能な持続時間を有するテストマイクロパルスを生成するものとされている、デバイス。

【請求項2】

前記制御回路は、前記テストマイクロパルスの前記持続時間を所定の最小値および最大値を有する値の範囲内で動的に調整するものとされている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記制御回路は、前記テストマイクロパルスの前記持続時間の間隔内で瞬時電圧値のサンプリングを１回または複数回実施し、前記瞬時電圧値が前記閾値より低いか高いかを確認するものとされている、請求項１または請求項２に記載のデバイス。

【請求項4】

前記サンプリングは、一定値の周期を有する定期的な時間間隔で行われる、請求項３に記載のデバイス。

【請求項5】

前記制御回路は、前記テストマイクロパルスの前記持続時間の間隔内で実質的に連続的なサンプリングを行うためのアナログ型の入力を備える、請求項３に記載のデバイス。

【請求項6】

前記制御回路は、ユーザまたは製造者によってプログラム可能な方法で前記テストマイクロパルスの固定持続時間を設定するものとされている、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記供給電圧の前記最小閾値は、ユーザおよび／または製造者によってプログラム可能である、請求項１から請求項６の何れか一項に記載のデバイス。

【請求項8】

前記負荷は容量性型である、請求項１から請求項７の何れか一項に記載のデバイス。

【請求項9】

前記負荷は、誘導性、抵抗性または類似の型である、請求項１から請求項７の何れか一項に記載のデバイス。

【請求項10】

請求項１から請求項９の何れか一項または複数項による制御デバイスに関連付けられたＯＳＳＤ型出力端子に接続された入力端子を有する、安全装置。

【請求項11】

前記安全装置は、安全センサ、安全スイッチ、多機能安全モジュールを含む群から選択される、請求項１０に記載の安全装置。

【請求項12】

１つまたは複数のＯＳＳＤ出力が設けられた安全装置を制御する方法であって、
各前記ＯＳＳＤ出力は、前記ＯＳＳＤ出力から来る信号を検出する安全デバイスの対応する入力端子に接続される出力端子をそれぞれ有し、
前記ＯＳＳＤ出力は、前記出力のオンおよびオフ条件をそれぞれ決定するのに適した供給電圧のそれぞれの最大閾値および最小閾値に供給され、
前記方法は、前記出力端子をそれぞれの最小閾値に切り替えるテストマイクロパルスを前記出力端子に送信し、前記最小閾値と異なる値が検出された場合に前記安全装置にエラー信号を送信する、前記ＯＳＳＤ出力のテストフェーズを備え、
前記テストマイクロパルスは、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の下流に位置する回路の規定された負荷に応じて可変または修正可能な持続時間を有する、方法。

【請求項13】

前記テストマイクロパルセーションの持続時間は、所定の最小値および最大値を有する範囲内で動的に可変である、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、産業用の電気デバイスの分野に応用が見出され、特に、安全センサ、安全スイッチ、さらにまたは保安モジュールなどの産業機械またはプラントの制御に使用される安全装置の制御のためのデバイスおよび方法を目的として有する。

【背景技術】

【0002】

知られているように、頭字語でＯＳＳＤ（出力信号切替デバイス）は、機械またはシステムの動作における安全条件に関連するイベントを安全に通知することを目的とした安全デバイスの安全切替出力を示す。

【0003】

一般に、安全センサ、安全スイッチ、安全モジュールなどのＯＳＳＤ出力を備えた安全デバイスは２つのＯＳＳＤ出力を有しており、これらは互いに分けて分析する必要がある。

【0004】

そこで、これらのデバイスは、機械やプラントの潜在的に危険な領域または機械やプラントの可動部分へのアクセスの監視動作といった安全目的で使用される。

【0005】

たとえば、アクセスを制御するために使用されるＯＳＳＤ出力を備えた安全デバイスの場合、このデバイスをアクセスに配置し、オープンアクセスが検出された場合にＯＳＳＤが出力端子を介してシステムの安全制御回路にイベントを通知できるようにすることで、機械またはプラントを停止し、安全境界の内部や近傍に存在する人の潜在的なリスクを回避できる。

【0006】

高い安全性レベルを満たすため、ＯＳＳＤには、通常、少なくとも１対の冗長電気出力端子が含まれる。

【0007】

安全に関連するイベントがない場合（たとえば、クローズドアクセスの場合）、第１の出力端子と第２の出力端子の両方が、最高電圧レベル、たとえば２４Ｖで給電される。

【0008】

セキュリティに関連するイベント（たとえばアクセスの開放）を安全制御システムに報告する必要がある場合、ＯＳＳＤは、第１および第２の出力端子を、低レベル、たとえば０Ｖに切り替える。

【0009】

この電圧変動は、プラントまたは制御された機械を停止するために介入できる安全制御システムによって検出される。

【0010】

２つの冗長出力端子を使用すれば、出力端子の１つにエラーが発生した場合であっても、無傷の出力端子を介して低レベルへの切り替えを制御システムに伝送し、ＯＳＳＤから安全制御システムへの安全な情報伝送が可能になる。

【0011】

一般に、安全出力、すなわち２つの出力端子におけるそのような障害を検出するためには、いわゆるテストパルスが使用され、すなわち出力端子に印加されるテストパルスを生成することによってテストが実行される。

【0012】

これらのテストパルスによって、数百マイクロ秒オーダーの非常に限られた期間だけ各出力端子が低電圧レベルに切り替えられ、テストパルスを監視することで、第１および第２の出力端子間の短絡や電気的相互接続などの不要な接続の存在が検証される。

【0013】

欧州特許第３３５８５９２号は、ＯＳＳＤ出力を備えたデバイスを開示しているが、これは、第１の出力端子および第２の出力端子と、供給電圧よりも小さい大きさの第１の電圧を提供する電圧低減手段と、第１の電圧よりも小さい大きさの第２の電圧を提供する第２の電圧低減手段と、を備えており、前記第２の電圧は前記第１の端子出力に印加され、前記第１の電圧は前記第２の出力端子に印加されるとともに、前記第２の出力端子における電圧の大きさが前記供給電圧の振幅以上である場合、および／または、前記第１の端子出力における電圧の大きさが前記第１の電圧の振幅以上である場合に、前記第１の出力端子からの前記第２の電圧、および／または、前記第２の出力端子からの前記第１の電圧を分ける切替手段が設けられている。

【0014】

国際公開第２００４０５９６７７号は、安全制御デバイスを開示しているが、これは、安全切替デバイスの出力を形成するように出力端子が相互接続された制御可能な２つの切替回路を備えており、第１のテスト切替パルスを第１の前記切替回路に周期的に送信でき、第１のテスト切替パルスからオフセットされた第２のテスト切替パルスを他方の前記切替回路に周期的に供給でき、前記切替回路は、同時テストパルスを受信する場合に、同時テストパルスの受信時に出力電圧の振幅から逸脱する振幅だけずれたテストパルスを受信すると、安全切替デバイスの出力電圧が変動して安全システムの介入を引き起こすように、設計されている。

【0015】

既知の解決策の限界は、ＯＳＳＤ信号を検出するデバイスの負荷に応じてＯＳＳＤ出力のマイクロパルスの長さを調整する必要があることからなり、これは特定の製造者によって採用された技術仕様によっても異なり得る。

【0016】

結果として、負荷が、ＯＳＳＤ出力が較正される負荷と異なる場合に、制御デバイスリスクに関連付けられた安全デバイスがエラーになるリスクがある。

【発明の概要】

【0017】

本発明の目的は、効率および相対的な費用対効果が高いという特徴を有する、特にＯＳＳＤ出力が設けられた安全装置を制御するためのデバイスおよび方法を提供することによって、前述の欠点を克服することである。

【0018】

特定の一の目的は、ＯＳＳＤ信号を検出するデバイスによって構成され負荷の型に自動的に適応できる、特にＯＳＳＤ出力が設けられた安全装置を制御するためのデバイスおよび方法を提供することである。

【0019】

さらに別の特定の目的は、安全装置が、市場に出回っている可能性がある異なるデバイスのせいで異なる負荷に起因するエラーになることがない、特にＯＳＳＤ出力が設けられた安全装置を制御するためのデバイスおよび方法を提供することである。

【0020】

さらに別の特定の目的は、ハードウェアを変更することなく、ユーザのためにパーソナライズされた方法でマイクロパルセーションの持続時間を設定することを可能にする、特にＯＳＳＤ出力が設けられた安全装置を制御するためのデバイスおよび方法を提供することである。

【0021】

これらの目的は、以下でより明らかになる他のものと同様に、安全装置のための制御デバイスによって達成されるが、この制御デバイスは、請求項１によれば、少なくとも１つのＯＳＳＤ型の出力、好ましくは１対の出力であって、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力から来る信号を検出する前記安全装置の対応する入力に接続される出力端子を有し、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力は、前記少なくとも１つの出力のオンおよびオフ条件をそれぞれ決定するために供給電圧の最大閾値および最小閾値で給電される、少なくとも１つのＯＳＳＤ型の出力と、制御回路であって、前記出力端子を前記最小閾値に切り替えるためのテストマイクロパルスを送信することによって前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の動作のテストを実施し、前記最小閾値と異なる値を検出した場合に、前記安全装置にエラー信号を送信する、制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記少なくとも１つのＯＳＳＤ出力の下流に位置する前記回路の規定された負荷に応じて可変または修正可能な持続時間を有するテストマイクロパルセーションを生成するものとされている。

【0022】

この特徴のおかげで、ＯＳＳＤ信号を検出するデバイスによって構成される負荷の型にデバイスが自動的に適応し、市場に出回っている可能性がある異なるデバイスのせいで異なる負荷に起因する安全デバイスの故障が防止される。

【0023】

本発明のさらなる一側面によれば、請求項７に従って制御デバイスを有する安全装置が提供される。

【0024】

本発明のさらなる一側面によれば、請求項９に従って安全装置制御方法が提供される。

【0025】

本発明の有利な実施形態は、従属請求項に従って得られる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図表の助けを借りて非限定的な例として例示される、いくつかの好ましいが排他的ではないデバイスの実施形態の詳細な説明に照らして、より明らかになるであろう。

【0027】

【図1】図１は、本発明によるデバイスの概略説明図である。

【図2】図２は、３つの異なる負荷に関連するデバイスの３つの異なる動作モードに関するパルス図を示す。

【図3】図３は、制御回路の第１のサンプリング動作モードを表す。

【図4】図４は、制御回路をサンプリングするための第２の動作モードを表す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明による制御デバイスは、特に産業機械もしくはプラント、またはその部分の制御のために使用される安全装置と関連付けられるように設計されるであろう。

【0029】

特に、制御デバイスは、機械または産業プラントまたは安全境界を制御するのに使用される他のシステムの安全バリアまたは境界のアクセスドアに適用され、常に安全なアクセスを可能にするために、境界の内側または機械またはプラントの可動部分に対応して、開いたアクセスドアの状態や、機械やプラントの可動部分の許可されていない位置などの潜在的に危険な状態を知らせるように設計された、安全センサまたは安全スイッチに適用されてもよい。

【0030】

制御デバイスは、機械や産業プラントの制御のための安全回路に挿入できる安全モジュールにも、適用され得るであろう。

【0031】

これらの安全装置の構成は本発明を限定するものではないため、以下ではこれ以上詳細に説明しない。

【0032】

図１は、全体として１で示される制御デバイスの論理構造を概略的に示しており、制御デバイスは、少なくとも１つのＯＳＳＤ型の出力２、好ましくは１対の出力を、本質的に備える。

【0033】

既知のように、各ＯＳＳＤ出力２は、ＯＳＳＤ出力２から来る信号を検出する安全装置の対応する入力に接続される出力端子を有する。

【0034】

この種のデバイスは典型的に、ＯＳＳＤ出力２が、２つの異なる電圧レベル、すなわち一般的に２４Ｖである最大閾値および一般的に０Ｖである最小閾値の電源電圧で給電されてもよい。

【0035】

これらの最大閾値および最小閾値に対応して、安全装置によって制御される機械またはプラントまたは関連部分の危険な状態および安全状態に対応する、ＯＳＳＤ出力２のオンおよびオフ切替条件がそれぞれ決定されるであろう。

【0036】

デバイス１はまた、ＯＳＳＤ出力２の電圧供給を行う制御回路３と、最小閾値で出力端子を切り替えるテストマイクロパルスを送信することによってＯＳＳＤ出力２の動作のテストを実施するのに適した制御回路４と、を備える。

【0037】

このテストの目的は、安全状態でＯＳＳＤ出力２が実際に最小電圧状態でパルスを出力していること、そして危険な状況に関連する条件、すなわち最小閾値を超える値がないことを検証し、そのような場合には安全装置にエラー信号を送信して、機械またはシステムまたは制御された相対的可動部分を停止可能にすることである。

【0038】

本発明に固有の一特徴によれば、制御回路４は、ＯＳＳＤ出力２の下流に位置する回路の規定された負荷に応じて可変または修正可能な持続時間を有するテストマイクロパルセーションを生成するものとされている。

【0039】

特に、第１の動作モードによれば、制御回路４がテストマイクロパルセーションの持続時間を動的に変化させ、特定負荷に適合させてもよい。

【0040】

負荷は、容量性、誘導性、抵抗性、または類似のものであり得る。

【0041】

より正確には、マイクロパルセーションの持続時間は予め決定されないであろうが、最小持続時間値から開始して、適切にプログラムされた特定の間隔の所定の最大値まで延長できる。

【0042】

この動作モードでは、図２の一番左のイメージの場合のように、最小持続時間のマイクロパルセーションにより、低負荷を検出可能になる。

【0043】

より高い負荷の場合、同じ図２の右側のイメージのように、マイクロパルセーションの持続時間は間隔の最大値まで延長されるであろう。

【0044】

最大持続時間のマイクロパルセーションの後、制御回路が最小閾値を見つけられない、すなわち値が最小閾値より低ければ、エラー信号が生成されるであろう。

【0045】

実際には、ラインがオフに切り替えられた後に、最小持続時間のマイクロパルセーションを送信することによって周期的なサンプリングが実施され、実際にオフになったかどうかが確認される。この最小期間後のテストが失敗すると、マイクロパルセーションが最大値まで延長され、その後、検出がない場合にのみ、エラー信号が生成される。

【0046】

マイクロパルセーションの振幅の動的変調により、勾配が比較的急でない降下曲線を有するＯＳＳＤ出力２のパルセーションと組み合わせにおいて短かすぎるマイクロパルセーションの使用に関連し、マイクロパルセーションが降下曲線で信号を遮断し得るためにＯＳＳＤ出力２が最小値に切り替えられていないと信じさせ得る、誤ったエラー報告の可能性を排除可能になる。

【0047】

これにより、このようにプログラムされたデバイス１は、業界で使用される様々な規格または技術仕様に従っていくつかのカテゴリによって有利に分類し得る任意の型の安全装置に、適合させることができるようになる。

【0048】

たとえば、方針説明書ＣＢ２４Ｉ「バイナリ２４Ｖインターフェースの分類－動的テストでカバーされる機能安全の側面」２．０．１．版で定義されているＺＶＥＩ（ドイツ電気・電子工業連盟）の仕様によれば、同じ安全装備品がクラスＡ、Ｂ、またはＣに分類される可能性がある。

【0049】

理論的な観点からは、時間間隔の極値に上限または下限はない。

【0050】

たとえば、前述のＺＶＥＩの仕様の範囲内に収めたいのであれば、間隔の最小値は２５０μｓであり、最大値は１０００μｓである。

【0051】

さらなる一動作モードによれば、制御回路４は、テストマイクロパルセーションの固定された持続時間を設定するようにプログラムされてもよいが、常に、ユーザによって、または直接製造業者によって、プログラム可能な様式とされる。

【0052】

同様に、電源供給電圧の最小閾値も、ユーザおよび／または製造業者によって、プログラム可能としてもよい。