DE102005018810A1

DE102005018810A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals

Info

Publication number: DE102005018810A1
Application number: DE200510018810
Authority: DE
Inventors: Claus Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-10-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das angibt, dass ein Eingangssignal ein als fehlerhaft vorgegebenes Verhalten aufweist. DOLLAR A Um bei einem solchen Verfahren zu erreichen, dass Fehler besonders schnell und zuverlässig erkannt werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf des Eingangssignals mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten verglichen wird und ein erstes Hilfssignal (H¶1¶) erzeugt wird, wenn der zeitliche Verlauf des Eingangssignals den vorgegebenen maximalen Signalgradienten erreicht oder überschreitet, und der Signalpegel des Eingangssignals mit einem vorgegebenen Maximalpegel verglichen wird und zweites Hilfssignal (H¶2¶) erzeugt wird, wenn der Signalpegel des Eingangssignals den vorgegebenen Maximalpegel erreicht oder überschreitet, und das Fehlersignal erzeugt wird, wenn sowohl das erste als auch das zweite Hilfssignal vorliegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das angibt, dass ein Eingangssignal ein als fehlerhaft vorgegebenes Verhalten aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen Verfahren zu erreichen, dass Fehler oder kritische Anlagezustände besonders schnell und zuverlässig erkannt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.

Danach ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, bei dem der zeitliche Verlauf des Eingangssignals mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten verglichen wird und ein erste Hilfssignal erzeugt wird, wenn der zeitliche Verlauf des Eingangssignals den vorgegeben maximalen Signalgradienten erreicht oder überschreitet. Außerdem wird der Signalpegel des Eingangssignals mit einem vorgegeben Maximalpegel verglichen und es wird ein zweites Hilfssignal erzeugt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals den vorgegeben Maximalpegel erreicht oder überschreitet. Das Fehlersignal wird erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das zweite Hilfssignal vorliegen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass Fehlersignale sehr zuverlässig nur dann erzeugt werden, wenn tatsächlich ein fehlerhaftes Verhalten oder ein kritischer Zustand vorliegt. Dies wird durch die logische Verknüpfung der beiden Hilfssignale erreicht; denn aufgrund der logischen UND-Verknüpfung kommt es zu einer Fehlersignalerzeugung ausschließlich dann, wenn sowohl ein besonders schneller Signalwechsel, der sich in einem großen zeitlichen Gradienten ausdrückt – beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses oder eines Lastabwurfes – vorliegt als auch eine „gefährliche" Signalhöhe erreicht ist; nur wenn beide Ereignisse gleichzeitig eintreten, wird auf das Vorliegen eines Fehlers geschlossen und ein Fehlersignal erzeugt. Erfindungsgemäß wird also eine „statisch-dynamische" UND-Verknüpfung zur Fehlersignalerzeugung verwendet; unter dem Begriff „statisch-dynamisch" wird dabei verstanden, dass sowohl der statische als auch der dynamische Zustand des Eingangssignals ausgewertet wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der großen Signalverarbeitungsgeschwindigkeit, mit der Fehler entdeckt werden; die hohe Signalverarbeitungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darauf zurückzuführen, dass eine einzige logische UND-Verknüpfung ausreicht, um einen Fehlerzustand zu identifizieren.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren zum Ansteuern eines Stromrichters, beispielsweise eines vollgesteuerten Stromrichters – z. B. nach DIN V 41761 – eingesetzt wird. Das mit dem Verfahren generierte Fehlersignal wird in diesem Falle als Abschaltsignal für den Stromrichter verwendet, wenn festgestellt wird, dass die mit dem Stromrichter erzeugten Ausgangsspannungen oder Ausgangsströme auf einen Fehler, sei es im Stromrichter oder in der mit dem Stromrichter verbundenen Schaltung bzw. Last hindeuten. Beispielsweise wird ein Fehlersignal erzeugt, wenn ein Lastabwurf am Stromrichter festgestellt wird; in diesem Falle wird der Stromrichter mit dem Fehlersignal abgeschaltet. Vor allem bei netzgeführten Stromrichtern (z. B. Thyristorbrückenschaltungen) kann sich eine im Fehlerfalle notwendige Abschaltung des Stromrichters über mehrere Millisekunden hinziehen, weil die in Stromrichtern vorhandenen steuerbaren Thyristoren funktionsbedingt nur über ihren Zündwinkel gesteuert, also durchgeschaltet oder gesperrt, werden können. Innerhalb dieser natürlichen Zündzeitpunkte, deren Zeitintervalle von der Pulszahl des Stromrich ters abhängen, ist der Stromrichter nicht steuer- oder regelbar. Bei einer ggf. notwendigen Abschaltanforderung können ein bis zwei „Stromkuppenzeiten" vergehen, bis der Stromrichter reagieren und physikalisch abschalten kann (z. B. im Falle eines externen Lastabwurfes). Während dieser Zeitspanne befindet sich – meist durch Induktivitäten bedingt – noch relativ viel Energie im System, die den Strom weiter fließen lässt, wodurch es zu unerwünschten Effekten wie beispielsweise unzulässig hohe Spannungsüberhöhungen kommen kann. Bei Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens kann aufgrund der sehr schnellen Fehlererkennung bereits innerhalb einer Zeitspanne, die ca. einer Stromkuppenphase entspricht, ein Fehlersignal erzeugt werden. Im Falle einer 12-pulsigen Brückenschaltung mit einem netzgeführten Stromrichter (z. B. Simoreg der Siemens AG) kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Fehler sofort erkannt und bereits innerhalb von ca. 3–4 Millisekunden auf den Fehler – beispielsweise auf einen Lastabwurf – reagiert werden.

Bevorzugt wird das Eingangssignal mittelbar oder unmittelbar in ein Differenzierglied eingespeist, in dem ein den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals charakterisierendes, differenziertes Eingangssignal erzeugt wird; das erste Hilfssignal wird gebildet, wenn das differenzierte Eingangssignal einen vorgegeben Schwellwert erreicht oder überschreitet.

Das erste Hilfssignal wird beispielsweise mit einer Komparatoreinrichtung erzeugt, in die das differenzierte Eingangssignal und ein den vorgegebenen Schwellwert festlegendes erstes Schwellwertsignal eingespeist werden. Als Komparatoreinrichtung wird vorzugsweise eine Anordnung mit zumindest einem Schmitt-Trigger verwendet. Beispielsweise weist die Komparatoreinrichtung zumindest einen Schmitt-Trigger und ein dem Schmitt-Trigger nachgeordnetes logisches NAND-Glied auf. Vor dem Einspeisen in die Komparatoreinrichtung wird das differenzierte Eingangssignal bevorzugt verstärkt.

Besonders bevorzugt wird das differenzierte Eingangssignal mit einem Differenzierer zweiter Ordnung, also einem so genannten DT2-Glied, erzeugt. Der Ausdruck „DT2"-Glied ist ein Begriff der Regelungstechnik, welcher der Norm DIN 19226 Teil II, Abschnitt 10.3.3 entspricht. DT2-Glieder weisen eine feste Sprungantwort auf, welche durch die drei charakteristischen Kennwerte (Eigenwerte), nämlich einem Differenzierbeiwert K_D und zwei Verzögerungszeitkonstanten T_N und T_E, eindeutig festgelegt ist. Geeignet dimensioniert wird ein DT2-Glied in der Literatur auch als Differenzierer mit „verbesserten" Eigenschaften bezeichnet (Linder, Bauer-Lehmann, Taschenbuch der Elektronik und Elektrotechnik, VEB, Fachbuchverlag Leipzig 1986, ISBN 3871447528). In der Anwendung ist die Sprungantwort des DT2-Gliedes derart gekennzeichnet, dass sie beginnend mit der Steigung Null sehr schnell auf einen Maximalwert hochgeht und mit einer gewissen Verzögerung wieder auf den Wert Null zurückgeht.

Zum Erzeugen des zweiten Hilfssignals wird beispielsweise eine zweite Komparatoreinrichtung verwendet, in die das Eingangssignal und ein den vorgegeben Maximalpegel angebendes zweites Schwellwertsignal eingespeist werden. Die zweite Komparatoreinrichtung weist beispielsweise ebenfalls einen Schmitt-Trigger und/oder ein NAND-Glied auf.

Im Hinblick auf eine möglichst schnelle Erzeugung des Fehlersignals ist vorzugsweise vorgesehen, dass das erste und das zweite Hilfssignal in ein logisches UND-Glied eingespeist werden, in dem ein Ausgangssignal erzeugt wird. Das Ausgangssignal kann das Fehlersignal beispielsweise unmittelbar abbilden; alternativ wird mit dem Ausgangssignal erst nachfolgend das eigentliche Fehlersignal gebildet.

Beispielsweise wird das Ausgangssignal in einer Monoflopeinrichtung weiterverarbeitet, indem mit dem Ausgangssignal ein rechteckförmiges Signal mit einer vorgegebenen Impulsdauer als Fehlersignal erzeugt wird. Die Impulsdauer wird bevorzugt auf einen Wert zwischen 10 und 100 ms eingestellt.

Zusätzlich zu dem Fehlersignal kann in der Monoflopeinrichtung auch ein Wiedereinschaltsignal mit einer vorgegebenen zweiten Impulsdauer erzeugt werden, wobei die zweite Impulsdauer größer als die erste Impulsdauer gewählt wird. Vorzugsweise werden das Fehlersignal und das Wiedereinschaltsignal exakt gleichzeitig erzeugt.

Beispielsweise werden das Fehlersignal und das Wiedereinschaltsignal für eine elektrische Einrichtung erzeugt, wobei mit dem Fehlersignal die elektrische Einrichtung deaktiviert wird; durch das Wiedereinschaltsignal wird nach Ablauf der zweiten Impulsdauer die elektrische Einrichtung wieder eingeschaltet. Bei dem elektrischen Gerät kann es beispielsweise – wie bereits eingangs erwähnt – um einen netzgeführten Stromrichter handeln; dabei wird der netzgeführte Stromrichter mit dem Fehlersignal abgeschaltet und mit dem Wiedereinschaltsignal nach Ablauf der zweiten Impulsdauer wieder eingeschaltet.

Im Hinblick auf eine möglichst schnelle Ausgabe des Fehler- und/oder Wiedereinschaltsignals wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Signale jeweils mittels eines Optokopplers ausgangsseitig abgegeben werden.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung zum Erzeugen eines Fehlersignals, das angibt, dass ein Eingangssignal einen als fehlerhaft vorgegebenen Verlauf aufweist.

Um zu erreichen, dass Fehler besonders schnell und zuverlässig erkannt werden, ist erfindungsgemäß eine Anordnung vorgesehen mit einer ersten Vergleichseinrichtung, die den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten vergleicht und ein erstes Hilfssignal erzeugt, wenn der zeitliche Verlauf des Eingangssignals den vorgegeben maximalen Signalgradienten erreicht oder überschreitet. Eine zweite Vergleichseinrichtung ist vorhanden, die den Signalpegel des Eingangssignals mit einem vorgegeben Maximalpegel vergleicht und ein zweites Hilfssignal erzeugt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals den vorgegeben Maxi malpegel erreicht oder überschreitet. Eine Ausgabeeinrichtung erzeugt das Fehlersignal, wenn sowohl das erste als auch das zweite Hilfssignal vorliegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben. Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen, da sich die Vorteile im Wesentlichen entsprechen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigen
1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung, anhand dessen auch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird, und
2 ein elektrisches Schaltbild, das den Aufbau der Anordnung gemäß 1 beispielhaft im Detail zeigt.
In den 1 und 2 werden für identische oder vergleichbare Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
In der 1 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung 10 zum Erzeugen eines Fehlersignals S_F dargestellt. Die Anordnung 10 weist einen Eingang E10 auf, der eine Schnittstelle, beispielsweise eine 20 mA-Schnittstelle, bildet. An den Eingang E10 ist ein Tiefpass-Filter 20 angeschlossen, dem ausgangsseitig eine erste Vergleichseinrichtung 30 sowie eine zweite Vergleichseinrichtung 40 nachgeordnet sind.
Die erste Vergleichseinrichtung 30 vergleicht den zeitlichen Verlauf eines am Eingang E10 anliegenden Eingangssignals S_E – beispielsweise eines Stromes i – mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten. Falls der Signalverlauf bzw. der Signalgradient des Eingangssignals S_E den maximalen Signalgradienten überschreitet, bedeutet dies, dass eine unzulässige Strom- oder Spannungsänderung aufgetreten ist. Falls eine solche unzulässige Strom- oder Spannungsänderung di/dt bzw. dU/dt vorliegt, erzeugt die erste Vergleichseinrichtung 30 an ihrem Ausgang A30 ein erstes Hilfssignal H₁ mit einer logischen „1". Das erste Hilfssignal H₁ gelangt zu einem Eingang E50a eines logischen UND-Gliedes 50, das dem Ausgang A30 der ersten Vergleichseinrichtung 30 nachgeschaltet ist.
Die Aufgabe der zweiten Vergleichseinrichtung 40 besteht darin, den Signalpegel des Eingangssignals S_E mit einem vorgegebenen Maximalpegel zu vergleichen. Sofern in der zweiten Vergleichseinrichtung 40 festgestellt wird, dass der Signalpegel des Eingangssignals S_E den vorgegebenen Maximalpegel überschreitet, so erzeugt die zweite Vergleichseinrichtung 40 an ihrem Ausgang A40 ein zweites Hilfssignal H₂ und übermittelt dieses an einen weiteren Eingang E50b des bereits erwähnten UND-Gliedes 50.
Das UND-Glied 50 verknüpft die beiden eingangsseitig anliegenden Hilfssignale H₁ und H₂ logisch und erzeugt an seinem Ausgang A50 ein logisches Ausgangssignal A. Dieses logische Ausgangssignal A weist eine logische „1" auf, wenn das Eingangssignal S_E am Eingang E10 der Anordnung 10 sowohl einen unzulässigen Signalpegel als auch eine unzulässige Pegeländerung aufweist. Das Ausgangssignal A signalisiert somit das Auftreten eines unzulässigen Zustands durch eine logische 1".
Mit dem Ausgang A50 des UND-Gliedes 50 steht über einen Schalter S₂ eine Monoflopeinrichtung 70 in Verbindung, die aus dem logischen Ausgangssignals A sowohl ein Fehlersignal S_F als auch ein Wiedereinschaltsignal S_W erzeugt. Konkret erzeugt die Monoflopeinrichtung 70 als Fehlersignal S_F einen rechteckförmigen Signalpuls mit einer Impulsdauer von 40 ms, wenn das Ausgangssignal A am Ausgang des UND-Gliedes 50 eine logische „1" anzeigt. Gleichzeitig zu einem solchen Fehlersignal S_F erzeugt die Monoflopeinrichtung 70 außerdem das Wiedereinschaltsignal S_W, das ebenfalls einen rechteckförmigen Verlauf aufweist. Im Unterschied zu dem Fehlersignal S_F weist das Wiedereinschaltsignal S_W jedoch eine Impulsdauer von 200 ms auf.
Die Monoflopeinrichtung 70 erzeugt das Fehlersignal S_F an ihrem einen Ausgang A70a und das Wiedereinschaltsignal S_W an einem weiteren Ausgang A70b.
Wie sich in der 1 erkennen lässt, sind der Monoflopeinrichtung 70 zwei Kollektorschaltungen 80a und 80b bestehend aus jeweils einem Transistor T1 bzw. T2 nachgeschaltet. Diese Kollektorschaltungen wirken als Impedanzwandler, so dass das Fehlersignal S_F sowie das Wiedereinschaltsignal S_W die jeweiligen Kollektorschaltungen niederohmig verlassen. Den Kollektorschaltungen 80a und 80b ist eine für die Funktionsweise der Anordnung 10 nicht weiter relevante Schalteinrichtung S1 nachgeschaltet, mit der sich die Anordnung 10 deaktivieren lässt. Bei aktivierter Anordnung 10 gelangen das Fehlersignal S_F sowie das Wiedereinschaltsignal S_W jeweils über Koppelrelais 90 und 100 zu Ausgängen A10a und A10b der Anordnung 10 und somit zu elektrischen Einrichtungen, die an die Anordnung 10 angeschlossen sind.
An die Ausgänge A10a und A10b der Anordnung 10 kann beispielsweise ein netzgeführter Stromrichter angeschlossen sein, der bei Vorliegen des Fehlersignals S_E abgeschaltet und nach Ablauf der Impulsdauer von 200 ms des Wiedereinschaltsignals S_W wieder eingeschaltet wird.
In der 1 ist darüber hinaus eine Spannungsversorgungseinrichtung 110 dargestellt, die eine an Stromversorgungseingängen P24 und M24 der Anordnung 10 anliegende 24 V-Gleichspannung einer Potenzialtrennung unterwirft und für die Anordnung 10 Spannungswerte von –12 V, –12 V und Masse bereitstellt.
Die beiden Vergleichseinrichtungen 30 und 40 sind im Übrigen eingangsseitig hochohmig ausgeführt; sie weisen hierfür eingangsseitig Operationsverstärker mit Feldeffekttransistoren auf, so dass hochohmige Beschaltungswiderstände eingesetzt werden können.
In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung dargestellt, die die Anordnung gemäß 1 realisiert.
Man erkennt in der 2 den Eingang E10, an dem das Eingangssignal S_E anliegt. Man sieht, dass das Eingangssignal S_E einen wellenförmigen Spannungsverlauf um beispielsweise ca. –5 V aufweist und zu einem Zeitpunkt t₁ auf beispielsweise –1 V hochspringt. Wie im Weiteren deutlich werden wird, ist die Anordnung 10 gemäß 2 in der Lage, diese zum Zeitpunkt t₁ auftretende Signaländerung zuverlässig zu detektieren und ausgangsseitig das Fehlersignal S_F zu erzeugen, dass einen entsprechenden fehlerbehafteten Signalverlauf anzeigt.
In der 2 lässt sich erkennen, dass das mit dem Eingang E10 in Verbindung stehende Tiefpass-Filter 20 durch zwei Widerstände R₁ und R₂ sowie eine Kapazität C₁ gebildet ist. An das Filter 20 ist die erste Vergleichseinrichtung 30 angeschlossen, die eingangsseitig ein Differenzierglied 200 aufweist. Das Differenzierglied 200 umfasst einen Operationsverstärker 210 sowie dessen Beschaltung; der Minusanschluss des Operationsverstärkers 210 ist über einen Widerstand R_E und eine Kapazität C_E an das Filter 20 angeschlossen. Der Plusanschluss des Operationsverstärkers 210 liegt über einen Widerstand R₃ an Masse. Der Ausgang des Operationsverstärkers 210 ist über einen Rückkoppelzweig 220 mit dem Minusanschluss des Operationsverstärkers 210 verbunden. Der Rückkoppelzweig 220 besteht aus einer Kapazität C_N, einem Widerstand R_NO sowie einem Potentiometer R_N.
An das Differenzierglied 200 ist ausgangsseitig ein Verstärker 230 angeschlossen, der einen weiteren Operationsverstärker 240, einen Rückkoppelzweig 250 bestehend aus einem Widerstand R₇ und einem einstellbaren Widerstand R₆ sowie einen Eingangswiderstand R₅ umfasst.
Mit dem Ausgang A230 des Verstärkers 230 sind ein Schmitt-Trigger 260 sowie ein durch ein NAND-Glied gebildeter Inver ter 270 verbunden. Am Ausgang A30 der ersten Vergleichseinrichtung 30 entsteht somit ein rechteckförmiger Puls, sobald zum Zeitpunkt t₁ das Eingangssignal S_E den bereits erwähnten Signalanstieg zeigt. Die Signalverläufe U(t) am Ausgang A210 des Differenziergliedes 200 sowie am Ausgang A230 des Verstärkers 230 sind in der 2 ebenfalls dargestellt. Außerdem erkennt man das Schaltverhalten des Schmitt-Triggers 260 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm 300, in dem die Ausgangsspannung U_a des Schmitt-Triggers über der Zeit t eingezeichnet ist. Der untere der beiden Umschaltpunkte des Schmitt-Triggers liegt zwischen 4 und 5 Volt, beispielsweise bei 4,5 Volt, und der obere der beiden Umschaltpunkte zwischen 7 und 8 Volt, beispielsweise bei 7,2 Volt.
In der 2 erkennt man außerdem, dass die zweite Vergleichseinrichtung 40 eingangsseitig ebenfalls einen Operationsverstärker aufweist; dieser Operationsverstärker ist mit dem Bezugszeichen 310 gekennzeichnet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 310 ist über einen einstellbaren Rückkoppelzweig 320 mit dem Minus-Eingang des Operationsverstärkers 310 verbunden. Der Rückkoppelzweig 320 ist durch eine Kapazität von 470 pF sowie eine Reihenschaltung aus einem 160 kΩ-Widerstand und einem einstellbaren Widerstand R18 gebildet. Ausgangsseitig ist dem Operationsverstärker 310 ein Schmitt-Trigger 330 nachgeordnet, dessen Ausgang mit einem als Inverter arbeitenden NAND-Glied 340 in Verbindung steht.
Der Ausgang A340 des NAND-Gliedes 340 sowie der Ausgang A270 des NAND-Gliedes 270 der ersten Vergleichseinrichtung 30 stehen jeweils mit dem UND-Glied 50 in Verbindung. Das UND-Glied 50 ist zusätzlich mit einem Inverter ausgestattet, so dass ein „NAND-Glied" gebildet wird.
Am Ausgang A50 des UND-Gliedes 50 ist die Monoflopeinrichtung 70 angeschlossen, die eingangsseitig ebenfalls ein NAND-Glied aufweist. Dieses NAND-Glied ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 400 gekennzeichnet. Die Monoflopeinrichtung 70 reagiert auf eine abfallende Signalflanke. Dies ist durch einen entsprechenden Signalverlauf bei dem Bezugszeichen 410 in der 2 dargestellt.
In der 2 erkennt man darüber hinaus den Aufbau der Monoflopeinrichtung 70 im Detail. Es ist ersichtlich, dass zum Erzeugen des Fehlersignals S_F u. a. ein NAND-Glied 420 dient. Zum Erzeugen des Wiedereinschaltsignals S_W dient u. a. ein Schmitt-Trigger 430.
An den beiden Ausgängen A70a und A70b der Monoflopeinrichtung 70 sind die bereits im Zusammenhang mit der 1 erläuterten Transistoren T1 und T2 angeschlossen, die die Kollektorschaltungen 80a und 80b bilden. Die von diesen Transistoren T1 und T2 niederohmig weitergeleiteten Signale S_W und S_F gelangen zu den Koppelrelais 90 und 100, wie dies bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert worden ist. Die Koppelrelais 90 und 100 können beispielsweise durch Optokoppler gebildet sein.
Im Zusammenhang mit dem Schalter S2 ist noch zu erwähnen, dass mit diesem die Arbeitsweise der Anordnung 10 gemäß den 1 und 2 umschaltbar ist: Befindet sich der Schalter S2 nämlich in der in den beiden 1 und 2 dargestellten Stellung, so gelangt das Ausgangssignal des UND-Gliedes 50 zum Eingang E70 der Monoflopeinrichtung 70, so dass zum Erzeugen des Fehlersignals S_F und des Wiedereinschaltsignals S_W die logische UND-Verknüpfung der beiden Hilfssignale H₁ und H₂ herangezogen wird.
Befindet sich der Schalter S2 jedoch in der anderen Schaltposition, in der er die Anschlusskontakte 510 und 520 gemäß 2 verbindet, so gelangt ausschließlich das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 260 der ersten Vergleichseinrichtung 30 zum Eingang E70 der Monoflopeinrichtung 70. Der logische Signalpegel dieses Ausgangssignals ist identisch mit dem Signalpegel des invertierten Hilfssignals S1. In diesem Fall wird die Monoflopeinrichtung 70 bei der Erzeugung des Fehlersignals S_F und des Wiedereinschaltsignals S_W ausschließlich das erste Hilfssignal H₁ der ersten Vergleichseinrichtung 30 berück sichtigen. Dies bedeutet, dass zum Bilden des Fehlersignals S_F und des Wiedereinschaltsignals S_W ausschließlich der zeitliche Verlauf des Eingangssignals S_E berücksichtigt wird; die absolute Signalamplitude des Eingangssignals S_E wird in dieser Schaltstellung des Schalters S2 bei der Bildung der beiden Signale S_F und S_W nicht berücksichtigt.
Liegt am Eingang E10 der Anordnung 10 als Eingangssignal S_E ein Messsignal an, das den Strom durch einen zwölfpulsigen netzgeführten Stromrichter charakterisiert, so erfolgt die Einstellung des als DT2-Glied ausgeführten Differenzierglieds 200 und des als K_P-Glied ausgeführten Verstärkers 230 vorzugsweise mit folgenden Parametern:

a) DT2-Glied: kD = (β·RN + RNO)·CE = 4,31 ms TN = (β·RN + RNO)·CN = 29,31 μs TE = RE·CE = 0,15 ms β·RN = 0,75·5 MΩ = 3,75 MΩ CN = 6,8 pF
b) K_P-Glied: kp = (β·R6 + R7) + R5 = 1,70mit β·R6 = 0, 45·250 kΩ = 112,5 kΩ

Durch die beschriebene Beschaltung entsteht ein Differenzierer mit verbesserten Eigenschaften (siehe oben). Mit C_N erfolgt eine Stabilisierung der Schaltung gegen Schwingneigung. Mit R_E und C_N wird das Rauschen durch Gegenkopplung reduziert. Mit R₃ erfolgt eine Ruhestromkompensation (Driftunterdrückung).

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals (S_F), das angibt, dass ein Eingangssignal (S_E) ein als fehlerhaft vorgegebenes Verhalten aufweist, wobei bei dem Verfahren – der zeitliche Verlauf des Eingangssignals mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten verglichen wird und ein erstes Hilfssignal (H₁) erzeugt wird, wenn der zeitliche Verlauf des Eingangssignals den vorgegeben maximalen Signalgradienten erreicht oder überschreitet, und – der Signalpegel des Eingangssignals mit einem vorgegeben Maximalpegel verglichen wird und ein zweites Hilfssignal (H₂) erzeugt wird, wenn der Signalpegel des Eingangssignals den vorgegeben Maximalpegel erreicht oder überschreitet, und – das Fehlersignal erzeugt wird, wenn sowohl das erste als auch das zweite Hilfssignal vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Eingangssignal mittelbar oder unmittelbar in ein Differenzierglied (200) eingespeist wird, in dem ein den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals charakterisierendes, differenziertes Eingangssignal erzeugt wird, und – das erste Hilfssignal erzeugt wird, wenn das differenzierte Eingangssignal einen vorgegeben Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hilfssignal mit einer Komparatoreinrichtung erzeugt wird, in die das differenzierte Eingangssignal und ein den vorgegebenen Schwellwert festlegendes erstes Schwellwertsignal eingespeist werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Komparatoreinrichtung eine Anordnung mit zumindest einem Schmitt-Trigger (260) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Komparatoreinrichtung eine Anordnung mit zumindest einem Schmitt-Trigger und einem dem Schmitt-Trigger nachgeordneten logischen NAND-Glied (270) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das differenzierte Eingangssignal vor dem Einspeisen in die Komparatoreinrichtung verstärkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das differenzierte Eingangssignal mit einem Differenzierer zweiter Ordnung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen des zweiten Hilfssignals eine zweite Komparatoreinrichtung verwendet wird, in die das Eingangssignal und ein den vorgegeben Maximalpegel angebendes zweites Schwellwertsignal eingespeist werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Komparatoreinrichtung eine Anordnung mit einem Schmitt-Trigger (330) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Komparatoreinrichtung eine Anordnung mit einem Schmitt-Trigger und einem dem Schmitt-Trigger (330) nachgeordneten NAND-Glied (340) verwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Hilfssignal in ein logisches UND-Glied (50) eingespeist werden, in dem ein Ausgangssignal (A) erzeugt wird, das das Fehlersignal unmittelbar bildet oder mit dem nachfolgend das Fehlersignal gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal in einer Monoflopeinrichtung (70) weiterverarbeitet wird, indem mit dem Ausgangssignal (A) ein rechteckförmiges Signal mit einer vorgegebenen Impulsdauer als Fehlersignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer zwischen 10 und 100 ms eingestellt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Fehlersignal in der Monoflopeinrichtung ein Wiedereinschaltsignal (S_W) mit einer vorgegebenen zweiten Impulsdauer erzeugt wird, wobei die zweite Impulsdauer größer als die erste Impulsdauer gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal und das Wiedereinschaltsignal gleichzeitig erzeugt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlersignal und das Wiedereinschaltsignal für eine elektrische Einrichtung erzeugt werden, wobei mit dem Fehlersignal die elektrische Einrichtung deaktiviert wird und wobei nach Ablauf der zweiten Impulsdauer die elektrische Einrichtung durch das Wiedereinschaltsignal wieder eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Stromrichter mit dem Fehlersignal abgeschaltet und mit dem Wiedereinschaltsignal nach Ablauf der zweiten Impulsdauer wieder eingeschaltet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fehlersignal und/oder das Wiedereinschaltsignal jeweils mittels eines Optokopplers (90, 100) ausgangsseitig abgegeben werden.
Anordnung zum Erzeugen eines Fehlersignals (S_F), das angibt, dass ein Eingangssignal (S_E) einen als fehlerhaft vorgegebenen Verlauf aufweist, mit – einer ersten Vergleichseinrichtung (30), die den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals mit einem vorgegebenen maximalen Signalgradienten vergleicht und ein erstes Hilfssignal (H₁) erzeugt, wenn der zeitliche Verlauf des Eingangssignals den vorgegeben maximalen Signalgradienten erreicht oder überschreitet, – einer zweiten Vergleichseinrichtung (40), die den Signalpegel des Eingangssignals mit einem vorgegeben Maximalpegel vergleicht und ein zweites Hilfssignal (H₂) erzeugt, wenn der Signalpegel des Eingangssignals den vorgegeben Maximalpegel erreicht oder überschreitet, und – einer Ausgabeeinrichtung (70), die das Fehlersignal erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das zweite Hilfssignal eingangsseitig vorliegen.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vergleichseinrichtung ein Differenzierglied (200) aufweist, in das das Eingangssignal mittelbar oder unmittelbar eingespeist wird und das ein den zeitlichen Verlauf des Eingangssignals charakterisierendes, differenziertes Eingangssignal erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vergleichseinrichtung eine dem Differenzierglied nachgeordnete Komparatoreinrichtung aufweist, an der das differenzierte Eingangssignal und ein den vorgegebenen Schwellwert festlegendes erstes Schwellwertsignal anliegen.
Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Komparatoreinrichtung zumindest einen Schmitt-Trigger (260) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich net, dass dem Schmitt-Trigger ein logisches NAND-Glied (270) nachgeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Differenzierglied und der Komparatoreinrichtung ein Verstärker (230) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, das Differenzierglied ein Differenzierer zweiter Ordnung ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vergleichseinrichtung (40) eine Komparatoreinrichtung – nachfolgend zweite Komparatoreinrichtung genannt – aufweist, an der das Eingangssignal und ein den vorgegeben Maximalpegel angebendes zweites Schwellwertsignal eingangsseitig anliegen.
Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komparatoreinrichtung einen Schmitt-Trigger (330) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmitt-Trigger ein NAND-Glied (340) nachgeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der untere der beiden Umschaltpunkte des Schmitt-Triggers zwischen 4 und 5 Volt und der obere der beiden Umschaltpunkte des Schmitt-Triggers zwischen 7 und 8 V liegt.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten und der zweiten Vergleichseinrichtung ein logisches UND-Glied (50) nachgeordnet ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem UND-Glied eine Monoflopeinrichtung (70) nachgeschaltet ist, die mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes ein rechteckförmiges Signal mit einer vorgegebenen Impulsdauer als Fehlersignal erzeugt.
Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsdauer zwischen 10 und 100 ms liegt.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Monoflopeinrichtung zusätzlich zu dem Fehlersignal ein Wiedereinschaltsignal (S_W) mit einer vorgegebenen zweiten Impulsdauer erzeugt, wobei die zweite Impulsdauer größer als die erste Impulsdauer ist.
Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Monoflopeinrichtung zumindest ein Optokoppler (90, 100) nachgeordnet ist, an dem ausgangsseitig das Fehlersignal und/oder das Wiedereinschaltsignal ausgegeben werden.