AT401692B

AT401692B - Verfahren zur ansteuerung eines verbrauchers

Info

Publication number: AT401692B
Application number: AT16793A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 1996-11-25
Also published as: CH689146A5; DE4403156A1; NL9400144A; ATA16793A; DE4403156B4

Description

AT 401 692 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Verbrauchers, gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

In Mikrocomputersystemen für sicherheitskritische Anwendungen müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um im Fall eines gestörten Programmablaufs verhindern zu können, daß potentiell gefährliche Ausgangssignale an die Peripherie weitergegeben werden. Für diesen Zweck ist es bekannt, zur intermittierenden Ansteuerung eines gefährlich wirkenden Verbrauchers, zum Beispiel eines Gasmagnetventils, vom Mikrocomputer anstelle eines statischen Ausgangssignals eine Rechteckschwingung definierter Frequenz und definierten Tastverhältnisses erzeugen zu lassen. Dieses Signal wird dem Eingang einer Ansteuerschaltung zugeführt, die ausgangsseitig den Verbraucher steuert. Die Ansteuerschaltung weist im allgemeinen Fall sowohl Verstärkung als auch ein bestimmtes Frequenzübertragungsverhalten auf. Dadurch wird die Aktivierung des Verbrauchers verhindert, wenn der Mikrocomputer infolge fehlerhafter Programmabarbeitung ein statisches Ausgangssignal oder ein Rechtecksignal mit einer falschen Frequenz erzeugt. Eine zu niedrige Frequenz oder ein statisches Ausgangssignal bewirkt bei einem Hochpaßverhalten der Ansteuerschaltung die gewünschte Abschaltung des Verbrauchers. Da aber insbesondere auch mit dem Auftreten relativ hochfrequenter Fehlersignale gerechnet werden muß, erhöht ein zusätzlicher Tiefpaßcharakter der Ansteuerschaltung die Sicherheit des Gesamtsystems. Die Frequenzübertragungscharakteristik der Ansteuerschaltung ist ausschlaggebend dafür, daß der Verbraucher abgeschaltet wird, falls der Mikrocomputer sein Programm fehlerhaft abarbeitet. Ändert sich das Frequenzübertragungsverhalten jedoch durch das Auftreten von internen Fehlern in der Ansteuerschaltung, so kann die beschriebene Schutzfunktion unbemerkt verlorengehen. Für einen Meßwertübertrager ist es aus der WO 92 12435 AI bekannt, simultan ein Ansteuersignal und ein Selbsttestsignal zu erzeugen. Das Vergleichsergebnis beider Signale deutet gegebenenfalls auf einen Übertragungsfehler hin. Eine Abschaltung eines sicherheitsrelevanten Verbrauchers ist auf diese Weise jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuervorrichtung der oben angegebenen Art hoher Funktionssicherheit für sicherheitskritische Anwendungen anzugeben, die es bei geringem Schaltungsaufwand und Verwendung preiswerter Standardbauelemente erlaubt, eine fehlerhafte Programmabarbeitung durch den Mikrocomputer zu erkennen und den Verbraucher in diesem Fall abzuschalten, wobei ein Verlust der die Fehlererkennung bewirkenden Schaltungseigenschaft durch softwareunterstützte Selbstüberwachung bemerkt werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.

Auf diese Weise wird das Frequenzübertragungsverhalten der Ansteuerschaltung vom Mikrocomputer programmäßig geprüft, indem der Mikrocomputer Testsignale erzeugt, die bei einer ordnungsgemäß funktionierenden Ansteuerschaltung zu einer Abschaltung des Verbrauchers führen müssen, was der Mikrocomputer mittels einer Abfrageeinrichtung prüft.

Durch die Abfrageeinrichtung kann die Schutzfunktion auch bei einer Änderung des Frequenzübertragungsverhaltens durch das Auftreten von internen Fehlern in der Ansteuerschaltung nicht mehr unbemerkt verlorengehen. Die Funktionssicherheit der Ansteuervorrichtung für sicherheitskritische Anwendungen ist damit ganz erheblich verbessert.

Anspruch 2 charakterisiert eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der retriggerbare monostabile Multivibrator fungiert dabei als zusätzlicher Tiefpaß:

Wenn die Frequenz des eingespeisten Rechtecksignals den Reziprokwert der charakteristischen Ausgangsimpulsdauer des monostabilen Multivibrators überschreitet, so bleibt dieser aufgrund seiner Retrigger-barkeit ständig im angeregten Zustand. Er gibt folglich ein statisches Ausgangssignal ab. welches wegen des Hochpaßverhaltens der nachgeschalteten Adapterschaltung eine Abschaltung des Verbrauchers bewirkt.

Gemäß einer in Anspruch 3 angegebenen bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung erzeugt der zweite Multivibrator bei Frequenzen oberhalb einer maximalen Grenzfrequenz ein statisches Signal. Dieses beaufschlagt den Freigabeeingang des ersten monostabilen Multivibrators, wodurch dieser nicht angeregt werden kann und ebenfalls ein statisches Ausgangssignal erzeugt, welches den Verbraucher abschaltet. Liegt die Ausgangsfrequenz unterhalb einer minimalen Grenzfrequenz, so wird der zweite Multivibrator angeregt und aktiviert den Freigabeeingang des ersten Multivibrators. Da das anstehende Signal aber sehr niedrigfrequent ist, wird der erste Multivibrator nicht angeregt und bewirkt letztlich wiederum die Abschaltung des Verbrauchers.

Der dritte Multivibrator gemäß Anspruch 4 dient im wesentlichen dazu, das Tastverhältnis des am Ausgang des ersten Multivibrators anstehenden und dessen Charakteristik entsprechenden Rechtecksignals an die nachgeschaltete Adapterschaltung anzupassen, welche den Verbraucher einschaltet. Sollte diese 2

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Anpassung nicht notwendig sein, so kann der dritte monostabile Multivibrator entfallen.

Unter bestimmten Bedingungen ist es auch möglich, auf das in Anspruch 5 empfohlene Kochpaßverhalten der den Verbraucher speisenden Adapterschaltung zu verzichten. Die Adapterschaltung muß so beschaffen sein, daß sie den Verbraucher nur einschaltet, wenn sich der sie ansteuernde dritte monostabile Multivibrator in angeregtem Zustand befindet. Ferner muß auch dieser dritte monostabile Multivibrator retriggerbar sein, und seine charakteristische Ausgangsimpulsdauer muß größer als T2 sein. Der dritte monostabile Multivibrator kann nur dann dauerhaft im angeregten Zustand verharren, wenn die Frequenz des vom Mikrocomputer abgegebenen Rechtecksignals zwischen 1T2 und 1/T1 liegt. Nur dann wird der Verbraucher aktiviert.

Falls keine Anpassung erforderlich ist, kann nach Anspruch 6 auch die Adapterschaltung durch eine Verbindungsleitung ersetzt sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher darstellt.

Es zeigen:

Figur 1 ein Prinzipschaitbild einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Figur 2 Signalverläufe an einigen Schaltungspunkten gemäß Figur 1.

Die in der Figur 1 veranschaulichte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Mikrocomputer 1, einer von dessen Ausgangssignalen beaufschlagten Ansteuerschaltung 2, einem nachgeschalteten Verbraucher 3 sowie einer mit dem Ausgang der Ansteuerschaltung 2 verbundenen Abfrageeinrichtung 4, welche wiederum mit dem Mikrocomputer 1 kommuniziert.

Zur Ansteuerung des Verbrauchers 3 speist der Mikrocomputer 1 ein Rechtecksignal einer bestimmten Frequenz f in den Eingang 5 der Ansteuerschaltung 2 ein. In dieser wird das Rechtecksignal in ein zur Ansteuerung des Verbrauchers 3 geeignetes Ausgangssignal umgeformt. Die Ansteuerschaltung 2 weist Bandpaßverhalten auf, so daß der Verbraucher 3 nur dann angesteuert wird, wenn die Frequenz f des Eingangssignals innerhalb eines bestimmten Frequenzintervalls liegt.

Um den Verbraucher 3 auszuschalten und dabei gleichzeitig die Funktion der Bandpaßelemente der Ansteuerschaltung 2 zu testen, erzeugt der Mikrocomputer 1 programmäßig ein Rechtecksignal, dessen Frequenz außerhalb des Soll-Durchlaßbereiches der Ansteuerschaltung 2 liegt. Bei intakter Ansteuerschaltung 2 wird der Verbraucher 3 dadurch abgeschaltet.

Falls die Ansteuerschaltung 2 defekt ist und dennoch an den Verbraucher 3 ein Einschaltsignal abgibt, erkennt der Mikrocomputer 1 mit Hilfe der Abfrageeinrichtung 4, daß der Verbraucher 3 nicht abgeschaltet wurde und reagiert darauf in geeigneter Weise. Zum Beispiel könnte ein weiterer, hier nicht dargestellter Abschaltweg aktiviert und eine Fehlermeldung ausgegeben werden.

Das Bandpaßverhalten der Ansteuerschaltung 2 wird getestet, indem vom Mikrocomputer 1 zur Abschaltung des Verbrauchers 3 programmgemäß im Wechsel verschieden frequente Rechtecksignale erzeugt werden, deren Frequenz mal oberhalb, mal unterhalb des Soll-Durchlaßbereiches liegt.

Falls es zu einer fehlerhaften Programmabarbeitung durch den Mikrocomputer 1 kommt, so erzeugt dieser bei geeignet gestalteter Software entweder ein statisches Ausgangssignal oder ein Rechtecksignal, dessen Frequenz nicht mit der zur ordnungsgemäßen Aktivierung des Verbrauchers 3 benötigten Frequenz übereinstimmt.

Ein statisches Ausgangssignal führt wegen des Hochpaßcharakters als Teil des Bandpaßverhaltens der Ansteuerschaltung 2 zu der im Fehlerfall erwünschten Abschaltung des Verbrauchers 3.

Ein Rechtecksignal, dessen Frequenz außerhalb des Soll-Durchlaßbereiches der Ansteuerschaitung 2 liegt, bewirkt ebenfalls die gewünschte Verbraucherabschaltung.

Die Bandpaßfunktion der Ansteuerschaltung 2 ist im wesentlichen durch drei monostabile retriggerbare Multivibratoren 6, 7 und 8 realisiert. Dabei speist der Signalausgang des Mikrocomputers 1 sowohl den Eingang des ersten retriggerbaren monostabilen Multivibrators 6. der einen separaten Freigabeeingang 9 besitzt und dessen charakteristische Ausgangsimpulsdauer T1 beträgt, als auch den Eingang des zweiten retriggerbaren monostabilen Multivibrators 7. dessen charakteristische Ausgangsimpulsdauer T2 beträgt. T2 muß größer sein als Ti. Nur wenn die Frequenz des vom Mikrocomputer 1 erzeugten Rechtecksignals zwischen 1T2 und 1 T1 liegt, erscheint am Ausgang 10 des ersten monostabilen Multivibrators 6 ein Rechtecksignal. Bei Frequenzen kleiner als 1 T2 ist der zweite monostabile Vibrator 7 nicht mehr im angeregten Zustand, wenn eine normalerweise impulsauslösende Signalflanke den Eingang des ersten monostabilen Multivibrators 6 erreicht. Diese Signalflanke kann nun nicht wirksam werden, weil der Ausgang 11 des zweiten monostabilen Multivibrators 7 erst dann das Freischaltsignal an den Freigabeeingang 9 des ersten monostabilen Multivibrators 6 abgibt, wenn seit dem Auftreten der Signalflanke die Schaltverzögerungszeit des zweiten monostabilen Multivibrators 7 verstrichen ist. Folglich wird der erste monostabile 3

Claims

AT 401 692 B Multivibrator 6 nicht angeregt und an seinen Ausgang 10 steht ein statisches Signal an. Bei Frequenzen größer als 1.T1 erscheint am Ausgang 10 des ersten monostabilen Multivibrators 6 ebenfalls ein statisches Signal, jedoch von entgegengesetzter Polarität, weil der zeitliche Abstand aufeinanderfolgender gleichsinniger Eingangsimpulsflanken kleiner als T1 ist und der erste monostabile Multivibrator 6 wegen seiner Retriggerbarkeit dauernd im angeregten Zustand bleibt. Nur falls die Eingangsfrequenz f im angegebenen Intervall liegt, gibt der Ausgang 10 des ersten monostabilen Multivibrators 6 ein Rechtecksignal an den dritten monostabilen Multivibrator 8 weiter, der dazu dient, das Tastverhältnis des Rechtecksignals an die nachfolgende Adapterschaltung 12 anzupassen, welche den Verbraucher 3 einschaltet. Sollte diese Anpassung nicht notwendig sein, so kann der dritte monostabile Multivibrator 8 entfallen. Die Adapterschaltung 12 kann Hochpaßverhalten und gegebenenfalls Verstärkerfunktion undoder Gleichrichterfunktion aufweisen. Die konkrete Ausführung der Adapterschaltung 12 hängt von der Beschaffenheit und den Anforderungen des Verbrauchers 3 ab. Ein Hochpaßverhalten der den Verbraucher 3 beaufschlagenden Adapterschaltung 12 ist in bestimmten Fällen entbehrlich. Figur 2 zeigt mögliche Signalverläufe am Eingang 5 (A) der Ansteuerschaltung 2 , am Ausgang 10 (B) des ersten monostabilen Multivibrators 6, am Ausgang 7 (C) des zweiten monostabilen Multivibrators 7 und am Ausgang (D) des dritten Multivibrators 8, der identisch ist mit dem Eingang der Adapterschaltung 12. Es ist ersichtlich, daß ein Rechtecksignal der Frequenz f nur dann zum Punkt D durchgeschaltet wird, wenn f innerhalb des Frequenzbandes 1/T2 bis 1 T1 liegt. Überschreitet f den Wert 1T1, erzeugt der zweite Multivibrator 7 an seinem Ausgang 11, dem Punkt C, ein stetiges Ausgangssignal, wodurch der Freigabeeingang 9 des ersten Multivibrators 6 eine Sperrung desselben bewirkt, so daß auch am Ausgang des ersten Multivibrators 6, dem Punkt B, ein stetiges Ausgangssignal erzeugt wird. Bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes des Soll-Durchlaßbereiches, das heißt bei f<1/T2 bewirkt nur der quasi als Hochpaßfilter wirkende erste Multivibrator 6 eine Sperrung, das heißt ein stetiges Ausgangssignal, während der quasi als Tiefpaßfilter wirkende zweite Multivibrator 7 ein seiner Periodendauer T2 entsprechendes Rechteck-Ausgangssignal erzeugt und somit den Freigabeeingang 9 des ersten Multivibrators 6 positiv aktiviert. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Patentansprüche 1. Verfahren zur Ansteuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, mit einem Mikrocomputer, der Ausgangssignale mit Rechteckcharakteristik definierter Frequenz und definierten Tastverhältnisses erzeugt, die einer frequenzselektierenden Ansteuerschaltung zugeführt sind, deren Ausgangssignale den Verbraucher steuern, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Ansteuerschaltung (2) über eine Abfrageeinrichtung (4) einem Eingang des Mikrocomputers (1) zugeführt ist, daß der Mikrocomputer (1) programmäßig zyklisch Test-Rechtecksignale, deren Frequenz außerhalb des Soll-Durchlaßbereiches der Ansteuerschaltung (2) liegt, und/oder statische Test-Ausgangssignale erzeugt und daß der Mikrocomputer (1) programmbestimmt das Ausgangssignal an mindestens einem seiner Signalausgänge verändert, falls die Abfrageeinrichtung (4) während der Ausgabe des Testsignals durch den Mikrocomputer (1) keine Abschaltung des Verbrauchers (3) signalisiert.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerschaltung (2) aus einem retriggerbaren monostabilen Multivibrator (6) und einer Adapterschaltung (12) besteht, wobei der Eingang des monostabilen Multivibrators (6) mit dem Mikrocomputer (1). sein Ausgang (10) mit dem Eingang der Adapterschaltung (12) und deren Ausgang mit dem Verbraucher (3) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der retriggerbare monostabile Multivibrator (6) einen Freigabeeingang (9) aufweist, der mit dem Ausgang (11) eines zweiten retriggerbaren monostabilen Multivibrators (7) verbunden ist, dessen Eingang mit dem Eingang des ersten monostabilen Multivibrators (6) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten monostabilen Multivibrators (6) und der Adapterschaltung (12) ein dritter retriggerbarer monostabiler Multivibrator (8) angeordnet ist. 4 AT 401 692 B
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterschaltung (12) eine Hochpaßcharakteristik aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterschaltung (12) durch eine Verbindungsleitung ersetzt ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5