AT398296B

AT398296B - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MONITORING THE OPERATING CONDITION OF AC CONSUMERS USED IN THE OUTDOOR SYSTEM OF AN ACTUATOR

Info

Publication number: AT398296B
Application number: AT0323384A
Authority: AT
Original assignee: Alcatel Nv
Priority date: 1983-10-22
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1994-11-25
Also published as: ZA848000B; ES536976A0; YU44881B; YU177784A; ATA323384A; DE3338490A1; IL73207A; DE3338490C2; IL73207A0; ES8604053A1

Description

AT 398 296 BAT 398 296 B

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Betriebszustandes von in der Außenanlage eines Stellwerks eingesetzten Wechselstromverbrauchern, insbesondere Signallampen, mit einer den Betriebsstrom auswertenden Meßeinrichtung, die einen im Stromkreis des Wechselstromverbrauchers angeordneten Meßwiderstand enthält. 5 Solche Schaltungsanordnungen werden in den Anlagen der Deutschen Bundesbahn seit langer Zeit eingesetzt und sind z.B. in der Zeitschrift "Eisenbahntechnische Praxis" 1959, Heft 3, Seite 25 und 26 beschrieben. In der Regel werden die den Betriebsstrom auswertenden Meßeinrichtungen hier von Überwa-cherrelais gebildet, die mittels Übertragern an die Verbraucherstromkreise angekoppelt sind und sich nur so lange im angezogenen Zustand befinden, solange der jeweilige Betriebsstrom einen bestimmten Mindest-10 wert nicht unterschreitet.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the operating state of AC consumers used in the outdoor area of a signal box, in particular signal lamps, with a measuring device which evaluates the operating current and which contains a measuring resistor arranged in the circuit of the AC consumer. 5 Such circuit arrangements have been used in the systems of the Deutsche Bundesbahn for a long time and are e.g. in the journal " Eisenbahntechnische Praxis " 1959, Issue 3, pages 25 and 26. As a rule, the measuring devices evaluating the operating current are formed here by monitoring relays which are coupled to the consumer circuits by means of transmitters and are only in the energized state as long as the respective operating current does not fall below a certain minimum value.

Eine andere bekannte Meßeinrichtung ist beispielsweise aus der sowjetischen Anmeldung SU 595 261 bekannt. Dabei ist Im Verbraucherstromkreis ein Meßwiderstand angeordent, zu dem die Leuchtdiodenstrek-ke eines Optokopplers parallelgeschaltet ist. Die Schaltstrecke des Optokopplers steuert das Überwacherre-lais. 15 Ist die Zuleitung zu einem Stromverbraucher sehr lang, so verursacht sie einen kapazitiven Fehlstrom, der auch nach Ausfall des Verbrauchers fließt und dem bei der Bemessung des Rückfallwerts des Überwacherrelais Rechnung getragen werden muß. Bei Signallampen, bei denen eine Tag/Nacht-Umschal-tung erforderlich ist, muß zusätzlich noch berücksichtigt werden, daß für die kapazitiven Fehlströme und damit für die Rückfallwerte der Relais die hohe Tagspannung, für die Ansprechwerte der Relais dagegen 20 die niedrigere Nachtspannung der Berechnung zugrundegelegt werden muß.Another known measuring device is known for example from the Soviet application SU 595 261. A measuring resistor is arranged in the consumer circuit, to which the light-emitting diode path of an optocoupler is connected in parallel. The switching distance of the optocoupler controls the monitoring relay. 15 If the supply line to a power consumer is very long, it causes a capacitive fault current, which also flows after the consumer has failed and which must be taken into account when measuring the fallback value of the monitoring relay. In the case of signal lamps that require day / night switching, it must also be taken into account that for the capacitive fault currents and thus for the relapse values of the relays, the high day voltage, for the response values of the relays 20, the lower night voltage of the calculation must be taken as a basis.

Um die beschriebenen Schwierigkeiten, die den Einsatz teurer Spezialrelais erfordern und die maximale Zuleitungslänge zu den Stromverbrauchern begrenzen, zu beseitigen, wurden Schaltungsanordnungen entwickelt, die die Apsprech- und Rückfallwerte der Überwacherrelais abhängig vom Einschaltzustand des Stromverbrauchers beeinflussen und die Anpassung des Überwachungsschwellwertes an den jeweils 25 auftretenden Betriebsstrom ermöglichen. Solche Schaltungsanordnungen sind in der DE-PS 31 45 744 und der DE-OS 31 40 559 bschrieben.In order to eliminate the difficulties described, which require the use of expensive special relays and limit the maximum cable length to the current consumers, circuit arrangements have been developed which influence the response and release values of the monitoring relays depending on the switched-on state of the current consumer and the adaptation of the monitoring threshold to the 25 in each case allow occurring operating current. Such circuit arrangements are described in DE-PS 31 45 744 and DE-OS 31 40 559.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die eine Überwachung von Wechselstromverbrauchern in Steilwerks-Außenanlagen ohne den Einsatz von Relais gestattet.The object of the invention is to provide a circuit arrangement which allows the monitoring of AC consumers in steep outdoor plants without the use of relays.

Eine Schaltungsanordnung, die diese Aufgabe löst, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß 30 die Meßeinrichtung eine dem Meßwiderstand parallelgeschaltete Schwellwertschaltung zum Vergleich einer an dem Meßwiderstand abfallenden Spannung mit einem vorgegebenen Mindestspannungswert und eine mit der Phase der Wechselspannung synchron gesteuerte Abtastschaltung zur Anfrage des Ausgangs der Schwellwertschaltung zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb der Wechselspannungsperioden und zur Ausgabe einer Störungsmeldung, abhängig vom Ergebnis dieser Anfrage enthält. Die erfindungsgemäße Schal-35 tungsanordnung verwendet eine mit der Phase der Wechselspannung synchronisierte Abtastschaltung zur Erfassung des Betriebszustandes des Wechselstromverbrauchers. Mit ihr ist es möglich, den Verbraucherstromkreis in bestimmten Phasenlagen der Betriebsspannung abzufragen. Es kann dann z.B. der Spannungsabfall am Meßwiderstand nur im Spannungsmaximum der Betriebswechselspannung gemessen werden. An djeser Stelle hat der ohmsche Stromanteil des Leitungsstromes ein Maximum, während 40 induktive und kapazitive Leitungsstromanteile verschwinden. Der Einfluß der Zuleitung ist damit ausgeschal-- tet.A circuit arrangement which solves this problem is characterized in that the measuring device comprises a threshold circuit connected in parallel with the measuring resistor for comparing a voltage drop across the measuring resistor with a predetermined minimum voltage value and a sampling circuit synchronously controlled with the phase of the AC voltage for requesting the output of the threshold circuit at certain times within the AC voltage periods and to issue a fault message, depending on the result of this request. The circuit arrangement according to the invention uses a sampling circuit synchronized with the phase of the alternating voltage for detecting the operating state of the alternating current consumer. It makes it possible to query the consumer circuit in certain phase positions of the operating voltage. It can then e.g. the voltage drop across the measuring resistor can only be measured at the maximum voltage of the operating AC voltage. At this point, the ohmic component of the line current has a maximum, while 40 inductive and capacitive line current components disappear. The influence of the supply line is thus switched off.

Eine besonders einfache Ankopplung der Abtastschaltung erhält man, nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Schwellwertschaltung aus einer Reihenschaltung eines Vorwiderstandes mit einer Leuchtdiodenstrecke eines Optokopplers besteht und daß die Schaltstrecke des Optokopplers zur 45 Abfrage ihres Schaltzustandes mit dem Eingang der Abtastschaltung verbunden istSteigt der Spannungsabfall am Meßwiderstand über die Dioden-Durchlaßspannung an, so wird die Schaltstrecke des Opto-Kopplers leitend. Dieser Zustand tritt wegen der Richtungsleiteigenschaften der Leuchtdiode nur während jeder zweiten Halbwelle des Betriebsstromes auf und kann abgetastet werden. Der Wechsel zwischen Leitfägigkeit und Nichtleitfähigkeit der Schaltstrecke des Optokopplers von Halbwelle zu Halbwelle kann zur so Funktionsüberwachung des Optokopples ausgenutzt weden. Wird die Schaltstrecke des Optokopplers z.B. durch Kurzschluß dauernd leitfähig, so wird dies dann bemerkt. Durch den Vorwiderstand kann der jeweils geforderte Schwellwert genau eingestellt und bei Bedarf geändert werden.A particularly simple coupling of the scanning circuit is obtained, according to a further development of the invention, in that the threshold circuit consists of a series connection of a series resistor with a light-emitting diode section of an optocoupler and that the switching section of the optocoupler is connected to the input of the scanning circuit in order to query its switching state, and the voltage drop increases at the measuring resistor via the diode forward voltage, the switching path of the opto-coupler becomes conductive. Because of the directional characteristics of the light-emitting diode, this state only occurs during every second half-wave of the operating current and can be scanned. The change between conductivity and non-conductivity of the switching section of the optocoupler from half-wave to half-wave can be used to monitor the function of the optocouple. If the switching distance of the optocoupler e.g. Continuously conductive due to short circuit, this is then noticed. Through the series resistor the required threshold value can be set exactly and changed if necessary.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgerhäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Schwellwertschaltung durch einen Übertrager mit magnetisch wirksamem Kern gebildet wird, dessen 55 Primärwicklung· in Reihe mit einem Vorwiderstand dem Meßwiderstand parallelgeschaltet ist, und daß das Kernmaterial des Übertragers so gewählt ist, daß nur dann eine nennenswerte Spannung in einer mit dem Eingang der Abtastschaitung verbundenen Sekundärwicklung induziert wird, wenn der Strom in der Primärwicklung einen Schwellwert übersteigt. 2A further embodiment of the circuit arrangement according to the invention is that the threshold circuit is formed by a transformer with a magnetically active core, the primary winding of which is connected in parallel with the measuring resistor in series with a series resistor, and that the core material of the transformer is selected so that only one significant voltage is induced in a secondary winding connected to the input of the scanning circuit when the current in the primary winding exceeds a threshold value. 2nd

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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zur Synchronsteuerung der Abtastschaltung eine Impulsformerschaltung vorgesehen ist, der eingangsseitig die Betriebsspannung des Wechselstromverbrauchers zugeführt wird und die bei allen Maxima und Minima der Betriebsspannung je einen Triggerimpuls an die Abtastschaltung ausgibt. Dadurch ist gewährleistet, daß der Ausgang der Schwellwertschaltung nur dann abgefragt wird, wenn der Imaginäranteil des Schwellwertes ein Minimum ist.A further development of the invention provides that a pulse shaping circuit is provided for synchronous control of the scanning circuit, to which the operating voltage of the AC consumer is supplied on the input side and which outputs a trigger pulse to the scanning circuit at all maxima and minima of the operating voltage. This ensures that the output of the threshold circuit is only queried when the imaginary part of the threshold is a minimum.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung einen Taktgeber zur Erzeugung des Abtasttaktes enthält und daß die von diesem Taktgeber ausgegebene Taktfrequenz zusätzlich zur Steuerung eines Wechselstromgenerators verwendet wird, der den Betriebsstrom für den Wechselstromverbraucher erzeugt. Eine solche Schaltung ist dann vorteilhaft, wenn die Betriebswechselspannung ohnehin im Stellwerk aus einer Gleichspannung oder einer niederfrequenteren Wechselspannung erzeugt werden muß.A further development of the invention is characterized in that the sampling circuit contains a clock generator for generating the sampling clock and that the clock frequency output by this clock generator is additionally used to control an alternating current generator which generates the operating current for the alternating current consumer. Such a circuit is advantageous if the operating AC voltage must be generated from a DC voltage or a low-frequency AC voltage in the signal box anyway.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Abtastschaltung ein Mikrorechner verwendet. Dadurch ist die Schaltungsanordnung für den Einsatz in einem elektronischen Stellwerk besonders geeignet.According to a further embodiment of the invention, a microcomputer is used as the sampling circuit. As a result, the circuit arrangement is particularly suitable for use in an electronic signal box.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich eine Betriebsspannungsüberwachung erfolgt, daß hierzu eine weitere Schwellwertschaltung verwendet wird, welche in Reihe mit einem Vorwiderstand der Betriebsspannungsquelle parallelgeschaltet ist und daß der Ausgang der weiteren Schwellwertschaltung durch eine weitere mit der Phase der Betriebswechselspannung synchron gesteuerte Abtastschaltung überwacht wird. Diese Weiterbildung ermöglicht eine zusätzliche Überwachung der Betriebssapnnungsquel-le auf Ausfall.A further development of the invention provides that in addition an operating voltage monitoring is carried out, that for this purpose a further threshold value circuit is used, which is connected in series with a series resistor of the operating voltage source and that the output of the further threshold value circuit is monitored by a further sampling circuit synchronously controlled with the phase of the operating AC voltage becomes. This further training enables additional monitoring of the operating system source for failure.

Die Schaltungsanordnung wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vereinfacht, daß anstelle einer weiteren mit der Phase der Betriebswechselspannung synchron gesteuerten Abtastschaltung dieselbe Abtastschaltung verwendet wird, die bereits der Auswertung des Betriebsstromes dient.The circuit arrangement is simplified according to a further embodiment of the invention in that instead of a further sampling circuit controlled synchronously with the phase of the operating alternating voltage, the same sampling circuit is used which is already used for evaluating the operating current.

Anhand zweier Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung nach der Erfindung beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.On the basis of two figures, exemplary embodiments of the circuit arrangement according to the invention will now be described and their function explained.

Figur 1 zeigt das Prinzip der Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Ein Wechselstromverbraucher, in diesem Falle eine Signallampe L, ist über einen Transformator TR an eine Wechselspannungsquelle UB angeschlossen. Hierbei befindet sich die Signallampe und der Transformator in der Aussenanlage eines Stellwerkes ST. In der Zuleitung zur Primärwicklung des Transformators ist ein Meßwiderstand RM angeordnet, an dem eine vom Wert des Meßwiderstandes und vom Betriebsstrom abhängige Spannung abfällt. Die am Meßwiderstand RM abfallende Spannung wird einem Schwellwertschalter SW zugeführt und dort mit einem Referenzspannungswert verglichen. Der Ausgang des Schwellwertschalters ist mit einer Abtastschaltung AS verbunden und wird von dieser abgefragt. Die Abfrage erfolgt jedoch nicht ständig, sondern nur zu den Zeitpunkten, in denen die Wechselspannung UB ihren maximalen oder ihren minimalen Wert annimmt. Zu diesem Zweck wird die Abtastschaltung über einen Impulsformer IF mit der Wechselspannungsquelle synchronisiert, Der Impulsformer erzeugt hierzu zu den Zeitpunkten,an denen die Wechselspannungsphase ihre Scheitelwerte annimmt,Triggerimpulse,die er der Abtastschaltung zuführt.Figure 1 shows the principle of the circuit arrangement according to the invention. An AC consumer, in this case a signal lamp L, is connected to an AC voltage source UB via a transformer TR. The signal lamp and the transformer are located in the outdoor area of an ST signal box. A measuring resistor RM is arranged in the feed line to the primary winding of the transformer, at which a voltage which depends on the value of the measuring resistor and the operating current drops. The voltage drop across the measuring resistor RM is fed to a threshold switch SW and compared there with a reference voltage value. The output of the threshold switch is connected to a sampling circuit AS and is queried by it. However, the query does not take place continuously, but only at the times when the AC voltage UB assumes its maximum or minimum value. For this purpose, the sampling circuit is synchronized with the AC voltage source via a pulse shaper IF. For this purpose, the pulse shaper generates trigger pulses at the points in time at which the AC voltage phase assumes its peak values, which it supplies to the sampling circuit.

Ist der Wechselstromverbraucher wie in Figur 1 eine ohmsche Last, so muß der durch diese Last verbrauchte Wirkstrom mit der Betriebsspannung in Phase sein. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Betriebsspannungsquelle UB genügend niederohmig ist um eine eingeprägte Spannung ab zu geben. Der kapazitive Anteil des Leitungstromes ist gegenüber dem Wirkstrom um 90° phasenverschoben. Er hat deshalb zum Abtastzeitpunkt einen Nulldurchgang und wirkt sich auf das Meßergebnis nicht aus. Im Falle eines Fadenbruches der Signallampe L wird deshalb auch bei großer Länge der Zuleitung kein Spannungsabfall am Meßwiderstand RM festgesteilt. Die Abtastschaltung gibt die Lage des Schwellwertschalters als Prüfsignal an das Stellwerk ST weiter.If the AC consumer is an ohmic load as in FIG. 1, the active current consumed by this load must be in phase with the operating voltage. It is assumed here that the operating voltage source UB is sufficiently low-resistance to emit an impressed voltage. The capacitive portion of the line current is 90 ° out of phase with the active current. It therefore has a zero crossing at the time of sampling and has no effect on the measurement result. In the event of a thread breakage of the signal lamp L, no voltage drop at the measuring resistor RM is therefore fixed even with a long length of the feed line. The scanning circuit forwards the position of the threshold switch as a test signal to the ST signal box.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, das sich zum Einsatz in einem elektronischen Stellwerk besonders eignet. Es wird hier als Abtastschaltung ein Rechner R verwendet. Dieser tastet nicht nur die Ausgänge zweier Schwellwertschalter SW1, SW2 ab, sondern er steuert auch eine besondere Wechselspannungsquelle G,welche die Betriebsspannung für die Signallampe L liefert. Die Synchronisation zwischen Wechselspannungsquelle und abtastendem Rechner braucht deshalb nicht durch besondere Schaltungsmaßnahmen hergestellt zu werden. Von den beiden Schwellwertschaltern dient einer (Schwellwertschalter SW1) der Überwachung des Betriebsstromes, der andere (Schwellwertschalter SW2) der zusätzlichen Überwachung der Betriebsspannung. Die Schwellwertschalter sind hier in sehr einfacher Welse als Optokoppler ausgebildet, mit deren Leuchtdioden Vorwiderstände RV1, RV2 und Sicherungselemente Sl in Reihe geschaltet ist. Die Ausgänge der Optokoppler sind direkt mit dem Rechner verbunden. Dies ist ohne weiteres möglich, da die Optokoppler eine gute galvanische Trennung zwischen Rechner und Lampenstromkreis bewirken. Wird ein Schwellwert, in diesem Falle die Durchlaßspannung einer Leuchtdiode eines Optokopplers,überschritten, so wird der zugehörige Phototransi- 3Figure 2 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention, which is particularly suitable for use in an electronic signal box. A computer R is used here as a sampling circuit. This not only scans the outputs of two threshold switches SW1, SW2, but also controls a special AC voltage source G, which supplies the operating voltage for the signal lamp L. The synchronization between the AC voltage source and the scanning computer therefore does not need to be established by special circuit measures. Of the two threshold switches, one (threshold switch SW1) is used to monitor the operating current, the other (threshold switch SW2) is used for additional monitoring of the operating voltage. The threshold switches are designed here in very simple catfish as optocouplers, with whose light-emitting diodes series resistors RV1, RV2 and fuse elements S1 are connected in series. The outputs of the optocouplers are directly connected to the computer. This is easily possible since the optocouplers provide good electrical isolation between the computer and the lamp circuit. If a threshold value, in this case the forward voltage of a light-emitting diode of an optocoupler, is exceeded, the associated phototransi 3

Claims

AT 398 296 B disturbing conductive and a bias voltage U + applied via a series resistor R1, R2 breaks down, which is determined by the computer. To protect the light-emitting diode of the optocoupler from overvoltages, a Z-diode clamping circuit can be provided in parallel with the measuring resistor. The use of optocouplers as a threshold switch has another important advantage that benefits signal safety: Since the LED is a directional conductor, it only responds when there is positive voltage at the anode. The phototransistors of the optocouplers are thus only conductive, even when the voltage is sufficient to operate the light-emitting diode, at the sampling times which coincide with the positive peak value of the AC voltage phase. The phototransistors are non-conductive at the sampling times which lie in the negative half-wave of the AC voltage phase. The computer therefore determines a value sequence O-L-O-L-O at the output of the optocoupler. However, this sequence of values allows a statement to be made about the proper functioning of the optocoupler. A failure of a light emitting diode or a phototransistor always results in a value sequence 0-0-0 or L-L-L. By monitoring the sequence of values by the computer, the circuit shown in FIG. 2 can therefore be operated in a signal-safe manner without duplicating any circuit parts. 1. Circuit arrangement for monitoring the operating state of AC consumers used in the external system of a signal box, in particular signal lamps, with a measuring device evaluating the operating current, which contains a measuring resistor arranged in the circuit of the AC power consumer, characterized in that the measuring device connects a measuring resistor (RM) in parallel Threshold circuit (SW, SW1, SW2) for comparing a voltage drop across the measuring resistor with a predetermined minimum voltage value and a sampling circuit (AS, R) controlled synchronously with the phase of the alternating voltage (UB) for querying the output of the threshold circuit at specific times within the alternating voltage periods and to issue a fault report, depending on the result of this query.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold circuit (SW1, SW2) consists of a series connection of a series resistor (RV1, RV2) with a LED strip-ke of an optocoupler (OK1, OK2) and that the switching path of the optocoupler for querying it Switching state is connected to the input of the sampling circuit (R).

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold circuit is formed by a transformer with a magnetically active core, the primary winding is connected in series with a series resistor, the measuring resistor, and that the core material of the transformer is selected so that only then a significant Voltage is induced in a secondary winding connected to the input of the sensing circuit when the current in the primary winding exceeds a threshold.

4. Circuit arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a pulse shaper circuit is provided for synchronous control of the sampling circuit, the input side of the operating voltage of the AC load is supplied and which outputs a trigger pulse to the sampling circuit at all maxima and minima of the operating voltage.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sampling circuit contains a clock generator for generating the sampling clock and that the clock frequency output by this clock generator is additionally used to control an alternator which generates the operating current for the alternating current consumer.

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a microcomputer is used as the sampling circuit.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that in addition an operating voltage monitoring takes place, that for this purpose a further threshold circuit is used, which is connected in series with a series resistor of the operating voltage source and that the output of the further threshold circuit by another with the Phase of the operating AC voltage synchronously controlled sampling circuit is monitored. 4 AT 398 296 B

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that instead of a further scanning circuit controlled synchronously with the phase of the operating AC voltage, the same scanning circuit is used which is already used for evaluating the operating current. With 1 sheet of drawings 5