Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zur Überwachung von Schaltern für Stellglieder wie Brennstoffventile und Lüftungsklappen verwendet, wobei der Mikroprozessor die über netzspannungsführende Meldeleitungen zugeführten Informationen auswertet und entsprechende Steuerbefehle absetzt. Insbesondere wegen der beim Einschaltvorgang und beim Betrieb von \l- und Gasbrennern geforderten Sicherheit ist die Abschaltfähigkeit der Schalteinrichtungen, die sicherheitstechnisch kritische Lasten wie beispielsweise ein Brennstoffventil schalten, häufig zu überprüfen, um eine Fehlfunktion der Schalteinrichtung erkennen zu können, bevor eine gefährliche Situation entsteht.
Aus der DE-PS 3 044 047 C2 und der prioritätsälteren DE-PS 3 041 521 C2 ist eine Steuereinrichtung für \lbrenner gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher Informationen über die Schaltzustände von Relais- und Sensorkontakten mittels Verstärker in einen Mikroprozessor übertragen werden. Die Schaltzustände der Relaiskontakte sind als netzspannungsführende Signale je einem Verstärker zugeführt, der ausgangsseitig mit einem Eingang des Mikroprozessors verbunden ist. Der Mikroprozessor ist programmiert, eine Anzahl Prüfungen dahingehend durchzuführen, ob ein System mit geschalteten Verbrauchern tatsächlich in der richtigen Weise eine Einschaltphase durchläuft. Dazu werden vom Mikroprozessor Signale eingelesen und mit Sollwerten verglichen. Bei einem fehlerhaften Verbraucherzustand schaltet der Mikroprozessor die Verbraucher ab.
Durch die Reihenschaltung von wenigstens zwei Relaiskontakten im Betätigungszweig der kritischen Lasten sind bei einem für intermittierenden Betrieb ausgelegten \lbrenner diese Relais bei jedem Einschaltvorgang oder während der Standzeit des \lbrenners auf ihre Abschaltfähigkeit überprüfbar, so dass ein Anschweissen der Relaiskontakte erkannt werden kann.
Die in der DE-PS 3 044 047 C2 beschriebene Steuereinrichtung weist ein Sicherheitsrelais auf, das über einen Halbleiterschalter betätigbar ist. Wegen der mechanischen und der elektrisch induktiven Trägheit des Relais ist der Halbleiterschalter ohne Beeinflussung des Brennvorganges kurzzeitig abschaltbar und damit auf seine Abschaltfähigkeit hin überprüfbar. Im Dauerbetrieb des Brenners ist jedoch ein Verschweissen der Arbeitskontakte dieses Sicherheitsrelais, über die der Strom der gesamten Anlage fliesst, nicht erkennbar.
Aus der DE-OS 2 951 118 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Leistungsschaltern bekannt, bei der ein Halbleiterschalter und ein Arbeitskontakt eines Relais in Reihe zu einer Last geschaltet sind. Die Versorgungsspannung des Relais ist dabei bei offenem Halbleiterschalter von der Steuerspannung des Halbleiterschalters und bei geschlossenem Halbleiterschalter vom Spannungsabfall über dem Halbleiterschalter abgeleitet. Bei einem Defekt des Halbleiterschalters durch einen Kurzschluss unterbricht das Relais den Strompfad zur Last, sobald die Steuerspannung des Halbleiterschalters abgeschaltet wird. Der Unterbruch erfolgt wegen der Trägheit des Relais zeitverzögert.
Eine solche Schaltungsanordnung eignet sich nicht zur Verwendung in einer Steuereinrichtung für einen für Dauerbetrieb ausgelegten Brenner, da eine Überprüfung der Abschaltfähigkeit des Halbleiterschalters nicht möglich ist ohne Beeinflussung des Brennvorganges.
Eine Überprüfung der Abschaltfähigkeit mechanischer Schalteinrichtungen im Dauerbetrieb eines Brenners ohne Beeinflussung des Brennvorganges ist möglich, wenn vier Schalteinrichtungen in einer Brückenschaltung so angeordnet sind, dass eine wahlweise diagonale Durchschaltung möglich ist. Eine solche Anordnung ist aber mit relativ hohen Kosten verbunden, wenn mehrere sicherheitstechnisch kritische Lasten zu schalten sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für eine Anlage, beispielsweise für \l- oder Gasbrenner zu schaffen, die sicher arbeitet, bei der eine Überprüfung der Abschaltfähigkeit derjenigen Schalteinrichtungen, die sicherheitstechnisch kritische Lasten zu- oder abschalten, im Dauerbetrieb des Brenners möglich ist, und die kostengünstig ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Steuereinrichtung mit einem Strompfad pro Last,
Fig. 2 eine Messeinrichtung und
Fig. 3 eine Steuereinrichtung mit zwei Strompfaden pro Last.
Die Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zur Steuerung einer Anlage, welche als Zeitgeber- und Steuerlogikeinrichtung einen Mikroprozessor 1 aufweist. Sie enthält weiter eine Schalteinrichtung 2 und eine Messeinrichtung 3. Mittels der Schalteinrichtung 2 ist eine sicherheitstechnisch kritische Last L über einen Strompfad K1 an eine zwischen einer Phase P und einem Nullpunkt G liegende Netzspannung UPG schaltbar. Die Schalteinrichtung 2 weist einen Schalter 4 und eine Steuerschaltung 5 auf Die Messeinrichtung 3 enthält ein Messelement 6 und einen Schaltungsblock 7. Das Messelement 6 ist im Strompfad K1 in Reihe zum Schalter 4 geschaltet und weist zwei Ausgänge 6a und 6b auf, die auf Eingänge 7a bzw. 7b des Schaltungsblockes 7 geführt sind. Der Schaltungsblock 7 weist einen Ausgang 7c auf, der mit einem Eingang R des Mikroprozessors 1 verbunden ist.
Die Steuerschaltung 5 ist mit einem Ausgang A des Mikroprozessors 1 verbunden. Ein weiterer Eingang S des Mikroprozessors 1 ist über ein galvanisches Trennglied 19 an die Phase P angeschlossen. Der Mikroprozessor 1, die Steuerschaltung 5 und der Schaltungsblock 7 sind von der Netzspannung UPG galvanisch getrennt gespeist, wobei die nicht dargestellte Speisungsschaltung die Anschlüsse V und m aufweist.
Die Steuerschaltung 5 dient als Interfaceschaltung, so dass der Zustand - offen oder geschlossen - des Schalters 4 durch den Mikroprozessor 1 steuerbar ist. Der Schaltungsblock 7 hat die Aufgabe, ein mittels des Messelementes 6 gemessenes Signal in eine binäre Form zu bringen, die vom Mikroprozessor 1 als Zustand offen bzw. geschlossen des Schalters 4 interpretiert werden kann.
Im Beispiel nach der Fig. 1 ist als Messelement 6 ein Übertrager 8 vorgesehen und der Schaltungsblock 7 besteht aus einem Brückengleichrichter 9 und einem Schmitt-Trigger 10, die in Reihe geschaltet sind. Bei offenem Zustand des Schalters 4 fliesst im Strompfad K1 ein Wechselstrom I, der in der Sekundärwicklung des Übertragers 8 eine wechselförmige Spannung U1 erzeugt, welche vom Brückengleichrichter 9 gleichgerichtet und vom Schmitt-Trigger 10 in eine Rechteckspannung U2 umgeformt wird, so dass sowohl eine positive wie eine negative Halbwelle des Wechselstromes 1 einen Rechteckimpuls erzeugt. Während der Dauer jedes Rechteckimpulses liegt am Eingang R des Mikroprozessors 1 somit ein als logisch "1" interpretierbares Potential. Ist der Schalter 4 geschlossen, so fliesst im Stromkreis K1 kein Strom I.
Die Spannung U1 am Ausgang des Übertragers 8 verschwindet folglich auch und die Spannung U2 wird gleichförmig. Der Zustand geschlossen des Schalters 4 führt also dazu, dass am Eingang R des Mikroprozessors 1 eine als logisch "0" interpretierbare Gleichspannung U2 anliegt. Die Verwendung des Übertragers 8 als Messelement 6 ergibt eine einfache galvanische Trennung zwischen dem Laststromkreis K1 und dem Mikroprozessor 1.
Als Schalter 4 ist ein Triac 11 vorgesehen. Zur galvanischen Trennung zwischen dem Schalter 4 und dem Mikroprozessor 1 weist die Steuerschaltung 5 einen Optokoppler 12 auf. Der Mikroprozessor 1 steuert den Optokoppler 12 über einen durch zwei Widerstände 13 und 14 gebildeten Spannungsteiler und einen Transistor 15 an. Der Zündanschluss des Triac 11 ist mit dem Mittenabgriff eines zweiten Spannungsteilers verbunden, der durch Widerstände 16 und 17 gebildet und zwischen die Phase P und den Nullpunkt G des Wechselspannungsnetzes UPG geschaltet ist. Der Optokoppler 12 ist ausgangsseitig mit den Anschlüssen des Widerstandes 17 verbunden. Solange der Mikroprozessor 1 am Ausgang A eine tiefe Signalspannung abgibt, bleibt der Optokoppler 12 dunkel, der Ausgangstransistor 18 des Optokopplers 12 sperrt und der Triac 11 wird bei jeder Netzhalbwelle gezündet und somit eingeschaltet.
Zur Aussetzung oder Verzögerung des Zündvorganges setzt der Mikroprozessor 1 den Ausgang A für eine vorbestimmte Zeitdauer auf ein hohes Potential, so dass der Optokoppler 12 hell ist und der Widerstand 17 durch den nunmehr leitenden Ausgangstransistor 18 kurzgeschlossen ist. Bei dieser Schaltungstechnik ist der Optokoppler 12 nur gerade während des Prüfzyklus in Betrieb, was sich auf seine Lebensdauer vorteilhaft auswirkt.
Der Mikroprozessor 1 ist durch ein Zeitprogramm dahingehend programmiert, während der Einschaltphase und im Betrieb der Anlage, beispielsweise einem \lbrenner, einzelne Lasten L wie Brennstoff-ventile oder einen Gebläsemotor in einer bestimmten Reihenfolge einzuschalten und einzelne Vorgänge wie z.B. die Bildung einer Flamme zu überwachen und gegebenenfalls die gesamte Anlage abzuschalten, so dass sich der \lbrenner zu keinem Zeitpunkt in einer z.B. explosionsgefährdeten Situation befindet.
Im Dauerbetrieb der Anlage ist der Schalter 4 geschlossen, so dass die Last L eingeschaltet ist. Am Ausgang 7c des Schaltungsblockes 7 erscheinen somit rechteckförmige Impulse einer vorgegebenen Länge. Der Mikroprozessor 1 ist dahingehend programmiert, das Potential am Eingang R laufend abzufragen und zu überprüfen, ob der daraus abgeleitete Ist-Zustand des Schalters 4 dem vorgegebenen Soll-Zustand entspricht. Bei einem Ist-Zustand "offen" und einem Soll-Zustand "geschlossen" schaltet der Mikroprozessor 1 die ganze Anlage gemäss einem vorgegebenen Unterprogramm ab, beispielsweise durch Ausschalten eines Hauptschalters 20. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch ein Bauteilfehler eines Bauelementes in der Steuerschaltung 5, der dazu führt, dass der Triac 11 nicht mehr ausschaltbar ist, keine Gefährdung ergibt.
Zur Überprüfung der Abschaltfähigkeit des Schalters 4 führt der Mikroprozessor 1 einen Prüfzyklus durch, der darin besteht, dass der Mikroprozessor 1 den Schalter 4 für eine Zeitdauer T in der Grössenordnung einiger Millisekunden schliesst und das in dieser Zeit am Ausgang der Messeinrichtung 3 anstehende Signal U2 analysiert. Die Zeitdauer T, in der der Schalter 4 geöffnet ist, ist so kurz, dass die Last L trotz kurzzeitig fehlender Spannungsversorgung ihren Betriebszustand infolge mechanischer oder elektrischer Trägheit nicht ändert. Auf diese Weise ist die Abschaltfähigkeit des Schalters 4 überprüfbar, ohne dass der Betriebszustand der Anlage ändert. So wird beispielsweise die Flamme eines \lbrenners gleichförmig mit Brennstoff versorgt, auch wenn das Brennstoffventil kurzzeitig ohne Spannungsversorgung ist.
Das am Eingang S anliegende Signal ist in Phase zur Netzspannung UPG. Seine Nulldurchgänge definieren zeitlich die Zündpunkte des Triac 11 im Normalbetrieb. Aus der Kenntnis dieser Zündzeiten ist es dem Mikroprozessor 1 möglich, das Einschalten des Triac 11 um eine vorbestimmte Zeitspanne zu verzögern. Um eine Selbstzündung des Triac 11 erkennen zu können, muss diese Zeitspanne wenigstens eine halbe Netzhalbwelle dauern, damit die am Triac 11 anliegende Netzspannung UPG ihren Maximalwert erreicht. Die Anstiegsflanke des zugehörigen Rechteckimpulses am Ausgang 7c erscheint dementsprechend verzögert, während die Ausschaltflanke dieses Rechteckimpulses unverzögert erscheint. Der Mikroprozessor 1 misst die zeitliche Länge dieses und des vorangegangenen oder des nächsten Rechteckimpulses.
Die Differenz oder das Verhältnis dieser Rechteckimpulse enthält die Information, ob der Triac 11 wie vorgesehen verzögert einschaltete. Der Vergleich der Dauer der zwei aufeinanderfolgenden Rechteckimpulse bietet den Vorteil, dass eine bei einer induktiven Last mögliche Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung UPG und dem im Stromkreis K1 fliessenden Strom I keinen Einfluss auf das Messresultat hat. Ein solcher Prüfzyklus wird mit Vorteil sowohl bei positiven wie bei negativen Halbwellen durchgeführt.
Als Schalter 4 sind auch Schalttransistoren, insbesondere Feldeffekttransistoren, oder Relais verwendbar. Die Steuerschaltung 5 ist dabei dem Typ des Schalters 4 anzupassen. Halbleiterschalter wie der Triac 11 oder ein Transistor bieten den Vorteil, dass sie sehr schnell ein- und ausschaltbar sind,
Als Messelement 6 ist auch ein Hallelement oder ein Widerstand einsetzbar. Das Hallelement liefert bei entsprechender Speisung ein galvanisch getrenntes Signal.
Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Messeinrichtung 3. Dem Schalter 4 im Laststromkreis K1 sind in Reihe ein Widerstand 21 und eine Leuchtdiode 22 parallel geschaltet, wobei die Leuchtdiode 22 Bestandteil eines Optokopplers 23 ist. Bei geschlossenem Zustand des Schalters 4 fliesst kein Strom durch den Widerstand 21 und die Leuchtdiode 22, so dass der Ausgang des Optokopplers 23 ein gleichförmiges Signal führt, während bei offenem Zustand des Schalters 4 ein Strom durch den Widerstand 21 und die Leuchtdiode 22 fliesst, so dass der Ausgang des Optokopplers 23 ein wechselförmiges Signal führt. Der Widerstand 21 ist hochohmig bemessen, so dass die Last L bei offenem Zustand des Schalters 4 ausgeschaltet bleibt.
Bei der Durchführung eines Prüfzyklus stellt der Mikroprozessor 1 durch Mehrfachabfragen fest, ob das Signal am Eingang R gleich- oder wechselförmig ist und bestimmt daraus den Ist-Zustand des Schalters 4.
Die Fig. 3 zeigt eine Steuereinrichtung, bei der die Last L über zwei getrennte Strompfade K1 bzw. K2 an die Phase P angeschlossen ist. Beide Strompfade K1 und K2 weisen je in Reihe eine Schalteinrichtung 2.1 bzw. 2.2 und ein Messelement 6.1 bzw. 6.2 auf Die Messelemente 6.1 und 6.2 bilden zusammen mit dem Schaltungsblock 7 die Messeinrichtung 3. Die Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 sind durch den Mikroprozessor 1 getrennt schaltbar. Als Messelemente 6.1 und 6.2 dienen Widerstände. In der Fig. 3 ist der Übersichtlichkeit wegen nur eine dem Widerstand 6.1 zugeordnete Schaltung des Schaltungsblockes 7 dargestellt.
Diese Schaltung weist eine Zenerdiode 30, eine aus einem Vorwiderstand 31, einem Transistor 32 und einem Widerstand 33 bestehende Verstärkerstufe 34, einen Schmitt Trigger 35 und, falls erforderlich, ein galvanisches Trennglied 36 auf, dessen Ausgang mit einem Eingang R1 des Mikroprozessors 1 verbunden ist. Bei geschlossener Schalteinrichtung 2.1 erzeugt der im Stromkreis K1 fliessende Wechselstrom über dem Widerstand 6.1 einen Spannungsabfall, welcher mittels der beschriebenen Schaltung eine am Eingang R1 auftreffende Folge von Rechteckimpulsen erzeugt. Bei offenem Zustand der Schalteinrichtung 2.1 liegt am Eingang R1 hingegen eine gleichförmige Spannung mit einem der Masse in entsprechenden Pegel.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Im Dauerbetrieb der Anlage sind die beiden Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 geschlossen, so dass die Last L eingeschaltet ist. Zur Überprüfung der Abschaltfähigkeit der Schalteinrichtungen 2.1 bzw. 2.2 führt der Mikroprozessor 1 einen Prüfzyklus durch, der darin besteht, dass der Mikroprozessor 1 abwechslungsweise eine der Schalteinrichtungen 2.1 oder 2.2 für eine vorbestimmte Zeitdauer T öffnet und das am entsprechenden Eingang R1 bzw. R2 anliegende Signal analysiert, daraus in der weiter oben bereits beschriebenen Weise den Ist-Zustand der Schalteinrichtung bestimmt und mit dem Soll-Zustand vergleicht.
Diese Einrichtung hat den Vorteil, dass eine Überprüfung der Abschaltfähigkeit der Schalteinrichtungen 2 unabhängig von den Schalteigenschaften der Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 und unabhängig von den elektrischen Eigenschaften der Last L durchführbar ist. Als Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 sind mit Vorteil mechanische Schaltglieder wie z.B. Relais verwendbar. Eine Synchronisierung zwischen dem Mikroprozessor 1 und der Messeinrichtung 3 ist nicht nötig, da die Zeitspanne, während der die Schalteinrichtung 2.1 bzw. 2.2 offen ist, beliebig lang sein kann.
Die Häufigkeit der Prüfzyklen richtet sich nach gesetzlichen Vorschriften und nach der Arbeitsbelastung des Mikroprozessors 1. Ein Prüfzyklus kann z.B. einmal pro Minute oder auch einmal pro Tag durchgeführt werden.
Die Arbeitsweise der Steuereinrichtungen ist bisher beschrieben worden für den Fall, dass die Netzspannung UPG eine Wechselspannung ist. Ein Betrieb ist jedoch ohne weiteres unter Ausnutzung der gleichen erfinderischen Idee bei Gleichspannung möglich, wenn die Messelemente und Schalteinrichtungen entsprechend ausgewählt sind.
The invention relates to a device of the type mentioned in the preamble of claim 1.
Devices of this type are used, for example, to monitor switches for actuators, such as fuel valves and ventilation flaps, the microprocessor evaluating the information supplied via line voltage-carrying signal lines and issuing corresponding control commands. In particular because of the safety required when switching on and when operating oil and gas burners, the switch-off capability of the switching devices that switch safety-critical loads such as a fuel valve must be checked frequently in order to be able to detect a malfunction of the switching device before a dangerous situation arises .
A control device for burners according to the preamble of claim 1 is known from DE-PS 3 044 047 C2 and the older DE-PS 3 041 521 C2, in which information about the switching states of relay and sensor contacts is transmitted to a microprocessor by means of an amplifier will. The switching states of the relay contacts are fed as line voltage-carrying signals to an amplifier, which is connected on the output side to an input of the microprocessor. The microprocessor is programmed to perform a number of tests to determine whether a system with switched consumers is actually going through a switch-on phase in the correct way. For this purpose, signals are read in by the microprocessor and compared with setpoints. In the event of a faulty consumer status, the microprocessor switches the consumers off.
Due to the series connection of at least two relay contacts in the actuation branch of the critical loads, in a burner designed for intermittent operation, these relays can be checked for their switch-off capability each time the burner is switched on or during the service life of the burner, so that welding of the relay contacts can be detected.
The control device described in DE-PS 3 044 047 C2 has a safety relay which can be actuated via a semiconductor switch. Because of the mechanical and the electrical inductive inertia of the relay, the semiconductor switch can be switched off briefly without influencing the firing process and thus its switch-off capability can be checked. When the burner is in continuous operation, however, no welding of the working contacts of this safety relay, through which the current of the entire system flows, can be recognized.
From DE-OS 2 951 118 A1 a circuit arrangement for monitoring circuit breakers is known in which a semiconductor switch and a normally open contact of a relay are connected in series with a load. The supply voltage of the relay is derived from the control voltage of the semiconductor switch when the semiconductor switch is open and from the voltage drop across the semiconductor switch when the semiconductor switch is closed. In the event of a defect in the semiconductor switch due to a short circuit, the relay interrupts the current path to the load as soon as the control voltage of the semiconductor switch is switched off. The interruption is delayed due to the inertia of the relay.
Such a circuit arrangement is not suitable for use in a control device for a burner designed for continuous operation, since it is not possible to check the switch-off capability of the semiconductor switch without influencing the burning process.
It is possible to check the switch-off capability of mechanical switching devices in continuous operation of a burner without influencing the burning process if four switching devices are arranged in a bridge circuit in such a way that an optional diagonal connection is possible. Such an arrangement is associated with relatively high costs if several safety-critical loads have to be switched.
The invention has for its object to provide a control device for a system, for example for \ l or gas burners, which works safely, in which a check of the switch-off capability of those switching devices which switch safety-critical loads on or off is possible during continuous operation of the burner is, and which is inexpensive.
According to the invention, the stated object is achieved by the features of claim 1.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Show it:
1 shows a control device with one current path per load,
Fig. 2 shows a measuring device and
Fig. 3 shows a control device with two current paths per load.
1 shows a device for controlling a system, which has a microprocessor 1 as the timer and control logic device. It also contains a switching device 2 and a measuring device 3. The switching device 2 can be used to switch a safety-critical load L via a current path K1 to a mains voltage UPG lying between a phase P and a zero point G. The switching device 2 has a switch 4 and a control circuit 5. The measuring device 3 contains a measuring element 6 and a circuit block 7. The measuring element 6 is connected in series with the switch 4 in the current path K1 and has two outputs 6a and 6b which are connected to inputs 7a or 7b of the circuit block 7 are performed. The circuit block 7 has an output 7c, which is connected to an input R of the microprocessor 1.
The control circuit 5 is connected to an output A of the microprocessor 1. Another input S of the microprocessor 1 is connected to the phase P via a galvanic isolating element 19. The microprocessor 1, the control circuit 5 and the circuit block 7 are electrically isolated from the mains voltage UPG, the supply circuit, not shown, having the connections V and m.
The control circuit 5 serves as an interface circuit, so that the state - open or closed - of the switch 4 can be controlled by the microprocessor 1. The circuit block 7 has the task of converting a signal measured by means of the measuring element 6 into a binary form which can be interpreted by the microprocessor 1 as the state of the switch 4 open or closed.
In the example according to FIG. 1, a transmitter 8 is provided as the measuring element 6 and the circuit block 7 consists of a bridge rectifier 9 and a Schmitt trigger 10, which are connected in series. When the switch 4 is open, an alternating current I flows in the current path K1, which generates an alternating voltage U1 in the secondary winding of the transformer 8, which is rectified by the bridge rectifier 9 and converted into a square-wave voltage U2 by the Schmitt trigger 10, so that both a positive voltage how a negative half wave of the alternating current 1 generates a rectangular pulse. During the duration of each rectangular pulse, there is therefore a potential which can be interpreted as logic "1" at the input R of the microprocessor 1. If switch 4 is closed, no current I flows in circuit K1.
The voltage U1 at the output of the transformer 8 consequently also disappears and the voltage U2 becomes uniform. The closed state of the switch 4 therefore results in a DC voltage U2 which can be interpreted as a logic “0” being present at the input R of the microprocessor 1. The use of the transmitter 8 as the measuring element 6 results in a simple electrical isolation between the load circuit K1 and the microprocessor 1.
A triac 11 is provided as switch 4. The control circuit 5 has an optocoupler 12 for electrical isolation between the switch 4 and the microprocessor 1. The microprocessor 1 controls the optocoupler 12 via a voltage divider formed by two resistors 13 and 14 and a transistor 15. The ignition connection of the triac 11 is connected to the center tap of a second voltage divider, which is formed by resistors 16 and 17 and is connected between the phase P and the zero point G of the AC voltage network UPG. The optocoupler 12 is connected on the output side to the connections of the resistor 17. As long as the microprocessor 1 outputs a low signal voltage at the output A, the optocoupler 12 remains dark, the output transistor 18 of the optocoupler 12 blocks and the triac 11 is fired at every mains half-wave and thus switched on.
To suspend or delay the ignition process, the microprocessor 1 sets the output A to a high potential for a predetermined period of time, so that the optocoupler 12 is bright and the resistor 17 is short-circuited by the now conductive output transistor 18. With this circuit technology, the optocoupler 12 is only in operation during the test cycle, which has an advantageous effect on its service life.
The microprocessor 1 is programmed by a time program to switch on individual loads L such as fuel valves or a blower motor in a specific sequence during the switch-on phase and during operation of the system, for example a burner, and to carry out individual processes such as e.g. to monitor the formation of a flame and, if necessary, to switch off the entire system so that the burner is never in a e.g. explosive situation.
In continuous operation of the system, switch 4 is closed, so that load L is switched on. Rectangular pulses of a predetermined length thus appear at the output 7c of the circuit block 7. The microprocessor 1 is programmed to continuously query the potential at the input R and to check whether the actual state of the switch 4 derived therefrom corresponds to the predetermined target state. With an actual state "open" and a target state "closed", the microprocessor 1 switches off the entire system according to a predetermined subroutine, for example by switching off a main switch 20. This ensures that a component fault of a component in the Control circuit 5, which means that the triac 11 can no longer be switched off, does not pose any risk.
To check that the switch 4 can be switched off, the microprocessor 1 carries out a test cycle which consists in the microprocessor 1 closing the switch 4 for a time period T in the order of a few milliseconds and analyzing the signal U2 present at the output of the measuring device 3 during this time . The time period T in which the switch 4 is open is so short that the load L does not change its operating state due to mechanical or electrical inertia despite a brief lack of voltage supply. In this way, the switch-off capability of the switch 4 can be checked without the operating state of the system changing. For example, the flame of a burner is supplied with fuel uniformly, even if the fuel valve is briefly without power supply.
The signal at input S is in phase with the mains voltage UPG. Its zero crossings temporally define the ignition points of the triac 11 in normal operation. Knowing these ignition times, it is possible for the microprocessor 1 to delay the switching on of the triac 11 by a predetermined period of time. In order to be able to recognize a self-ignition of the triac 11, this period of time must last at least half a network half-wave so that the network voltage UPG applied to the triac 11 reaches its maximum value. The rising edge of the associated square-wave pulse at output 7c appears accordingly delayed, while the switch-off edge of this square-wave pulse appears undelayed. The microprocessor 1 measures the temporal length of this and the previous or the next rectangular pulse.
The difference or the ratio of these rectangular pulses contains the information as to whether the triac 11 switched on with a delay as intended. The comparison of the duration of the two successive square-wave pulses offers the advantage that a phase shift possible with an inductive load between the mains voltage UPG and the current I flowing in the circuit K1 has no influence on the measurement result. Such a test cycle is advantageously carried out for both positive and negative half-waves.
Switching transistors, in particular field effect transistors, or relays can also be used as switches 4. The control circuit 5 is to be adapted to the type of the switch 4. Semiconductor switches like the Triac 11 or a transistor offer the advantage that they can be switched on and off very quickly,
A Hall element or a resistor can also be used as the measuring element 6. The Hall element provides a galvanically isolated signal if it is supplied with power.
2 shows a further example of a measuring device 3. A resistor 21 and a light-emitting diode 22 are connected in parallel to the switch 4 in the load circuit K1, the light-emitting diode 22 being part of an optocoupler 23. When the switch 4 is closed, no current flows through the resistor 21 and the LED 22, so that the output of the optocoupler 23 carries a uniform signal, while when the switch 4 is open, a current flows through the resistor 21 and the LED 22, so that the output of the optocoupler 23 carries an alternating signal. The resistor 21 is dimensioned to have a high resistance, so that the load L remains switched off when the switch 4 is open.
When carrying out a test cycle, the microprocessor 1 uses multiple interrogations to determine whether the signal at the input R is of the same or alternating shape and uses this to determine the actual state of the switch 4.
3 shows a control device in which the load L is connected to the phase P via two separate current paths K1 and K2. Both current paths K1 and K2 each have a switching device 2.1 or 2.2 and a measuring element 6.1 or 6.2 in series. The measuring elements 6.1 and 6.2 together with the circuit block 7 form the measuring device 3. The switching devices 2.1 and 2.2 can be switched separately by the microprocessor 1 . Resistors serve as measuring elements 6.1 and 6.2. For the sake of clarity, only one circuit of circuit block 7 assigned to resistor 6.1 is shown in FIG. 3.
This circuit has a zener diode 30, an amplifier stage 34 consisting of a series resistor 31, a transistor 32 and a resistor 33, a Schmitt trigger 35 and, if necessary, a galvanic isolator 36, the output of which is connected to an input R1 of the microprocessor 1 . When the switching device 2.1 is closed, the alternating current flowing in the circuit K1 generates a voltage drop across the resistor 6.1, which, by means of the circuit described, generates a sequence of rectangular pulses impinging on the input R1. When the switching device 2.1 is open, however, there is a uniform voltage at the input R1 with a level corresponding to the ground.
The device described works as follows: during continuous operation of the system, the two switching devices 2.1 and 2.2 are closed, so that the load L is switched on. To check the switch-off capability of the switching devices 2.1 or 2.2, the microprocessor 1 carries out a test cycle which consists in the microprocessor 1 alternately opening one of the switching devices 2.1 or 2.2 for a predetermined period of time T and the signal present at the corresponding input R1 or R2 analyzed, the actual state of the switching device determined therefrom in the manner already described above and compared with the target state.
This device has the advantage that the switch-off capability of the switching devices 2 can be checked independently of the switching properties of the switching devices 2.1 and 2.2 and independently of the electrical properties of the load L. Mechanical switching elements such as e.g. Relay can be used. A synchronization between the microprocessor 1 and the measuring device 3 is not necessary, since the period of time during which the switching device 2.1 or 2.2 is open can be of any length.
The frequency of the test cycles depends on legal regulations and the workload of the microprocessor 1. A test cycle can e.g. once a minute or once a day.
The operation of the control devices has so far been described in the event that the mains voltage UPG is an AC voltage. However, operation is readily possible using the same inventive idea for direct voltage if the measuring elements and switching devices are selected accordingly.