DE102016208719B4 - An active electrical energy source monitoring system and method for monitoring an active electrical energy source - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem für eine aktive elektrische Energiequelle (1) in einer analogen elektrischen Schaltung (10), wobei die aktive elektrische Energiequelle (1) mit einem ersten Nebenwiderstand (R1) elektrisch koppelt ist, der verschiedene Zustände mit jeweils verschiedenen Widerstandswerten einnehmen kann, und die aktive elektrische Energiequelle (1) auch mit einem zweiten Nebenwiderstand (R2) mit einem festen Widerstandswert elektrisch gekoppelt ist, so dass eine Strom- oder Spannungsänderung in der elektrischen Schaltung (10) durch ein Detektorsystem (11) detektiert werden kann, falls der erste Nebenwiderstand (R1) seinen Zustand ändert, und dass in Abhängigkeit von der detektierten Änderung in der elektrischen Schaltung (10) ein Überwachungssignal (S) für die aktive elektrische Energiequelle (1) automatisch erzeugt werden kann. Sie bezieht sich auch auf ein Überwachungsverfahren.The invention relates to a monitoring system for an active electrical energy source (1) in an analog electrical circuit (10), wherein the active electrical energy source (1) is electrically coupled to a first shunt resistor (R1) having different states, each having different resistance values and the active electrical energy source (1) is also electrically coupled to a second shunt resistor (R2) having a fixed resistance so that a current or voltage change in the electrical circuit (10) can be detected by a detector system (11) If the first shunt resistor (R1) changes state, and that depending on the detected change in the electrical circuit (10), a monitoring signal (S) for the active electrical energy source (1) can be automatically generated. It also refers to a surveillance procedure.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem für eine aktive elektrische Energiequelle mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren für die Überwachung einer aktiven elektrischen Energiequelle mit den Merkmalen von Anspruch 10. The invention relates to a monitoring system for an active electrical energy source with the features of
Aktive elektrische Energiequellen, wie Strom- oder Spannungsquellen, werden auf vielen technischen Gebieten verwendet. Ein Beispiel sind Messwertgeber in stationären oder mobilen Gasdetektionssystemen. Bei dieser Anwendung müssen die Messwertgeber für einen korrekten Betrieb überwacht werden. In einem digitalen System kann dies relativ einfach z. B. durch Einführen von Prüfsummen für die Signale erreicht werden. Active electrical energy sources, such as power or voltage sources, are used in many technical fields. An example are transducers in stationary or mobile gas detection systems. In this application, the transducers must be monitored for proper operation. In a digital system this can be done relatively easily e.g. B. be achieved by introducing checksums for the signals.
In der
Der Test für analoge Verbindungen mit statischen Signalen ist schwieriger. Lösungen in dieser Hinsicht werden im Folgenden vorgestellt, die ein Überwachungssystem für eine aktive elektrische Energiequelle in einer analogen elektrischen Schaltung beinhalten, wobei die aktive elektrische Energiequelle mit mindestens einem ersten Nebenwiderstand gekoppelt ist, der verschiedene Zustände mit jeweils verschiedenen Widerstandswerten einnehmen kann. Eine Strom- oder Spannungsänderung in der elektrischen Schaltung kann durch ein Detektionssystem detektiert werden, falls der erste Nebenwiderstand seinen Zustand ändert, und in Abhängigkeit von der detektierten Änderung in der elektrischen Schaltung wird ein Überwachungs- und/oder Rückmeldungssignal für die aktive elektrische Energiequelle automatisch erzeugt. The test for analog connections with static signals is more difficult. Solutions in this regard are presented below, which include a monitoring system for an active electrical energy source in an analog electrical circuit, wherein the active electrical energy source is coupled to at least a first shunt resistor, which can assume different states, each with different resistance values. A current or voltage change in the electrical circuit may be detected by a detection system if the first shunt resistor changes state, and in response to the detected change in the electrical circuit, a monitoring and / or response signal for the active electrical energy source is automatically generated ,
Indem ein einstellbarer erster Nebenwiderstand verwendet wird, können verschiedene Betriebszustände (d. h. verschiedene Widerstandswerte mit einer Auswirkung auf die elektrischen Parameter innerhalb der elektrischen Schaltung) erzeugt werden, die verwendet werden können, um auf eine effektive Weise ein Überwachungssignal zu erzeugen. By using an adjustable first shunt resistor, different operating states (i.e., different resistance values having an effect on the electrical parameters within the electrical circuit) can be generated that can be used to effectively generate a monitor signal.
Die aktive elektrische Energiequelle ist auch mit mindestens einem zweiten Nebenwiderstand mit festem Widerstandswert gekoppelt. Dies macht den elektrischen Schaltungsentwurf flexibler, da der erste Nebenwiderstand nicht die gesamte elektrische Last aufnehmen muss. The active electrical energy source is also coupled to at least one second fixed resistance resistor. This makes the electrical circuit design more flexible since the first shunt resistor does not have to accommodate the entire electrical load.
Der mindestens eine erste Nebenwiderstand und der mindestens eine zweite Nebenwiderstand sind parallel oder in Reihe geschaltet. Diese Anordnung erlaubt einen effizienten Schaltungsentwurf. Die Zustände des ersten Nebenwiderstands können durch Einstellen des Widerstandswerts (im Fall einer Parallelschaltung) oder durch Umgehen (im Fall einer Reihenschaltung) geändert werden. The at least one first shunt resistor and the at least one second shunt resistor are connected in parallel or in series. This arrangement allows an efficient circuit design. The states of the first shunt resistor can be changed by setting the resistance value (in the case of parallel connection) or by bypassing (in the case of series connection).
Der einstellbare erste Nebenwiderstand ist ein Regelwiderstand, insbesondere ein Potentiometer oder ein verbindbarer Widerstand. Der verbindbare Widerstand kann z. B. dadurch realisiert werden, indem er durch einen Schalter mit der elektrischen Schaltung verbunden ist. Mit diesen Ausführungsformen können die beiden (oder mehrere) Zustände für den spezifischen Widerstand effizient erzeugt werden. The adjustable first shunt resistor is a variable resistor, in particular a potentiometer or a connectable resistor. The connectable resistance can z. B. be realized by being connected by a switch to the electrical circuit. With these embodiments, the two (or more) resistivity states can be efficiently generated.
In einer Ausführungsform liegt der Strom in der elektrischen Schaltung in dem Bereich von 4 bis 20 mA gemäß der Namur NE 43-Norm. Dieser Strombereich wird im Allgemeinen z. B. in der Prozess- und der Sicherheitsindustrie verwendet. In one embodiment, the current in the electrical circuit is in the range of 4 to 20 mA according to the Namur NE 43 standard. This current range is generally z. B. used in the process and the security industry.
In einer Ausführungsform umfasst die aktive elektrische Energiequelle eine Messwertgebervorrichtung. Eine Messwertgebervorrichtung wird hier verstanden, ein nicht genormtes Messsignal zu empfangen und es in einen Normmessbereich umzusetzen. Insbesondere umfasst die aktive elektrische Energiequelle eine Sensorvorrichtung wie einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Drucksensor, einen Lichtsensor, einen Kraftsensor, einen Gasdetektionssensor in einem stationären oder mobilen Gasdetektionssystem, einen Sensor der Windgeschwindigkeit und -richtung, einen Schallsensor, einen pH-Sensor und/oder einen Radioaktivitätssensor. In one embodiment, the active electrical energy source comprises a transmitter device. A transmitter device is understood here to receive a non-standard measuring signal and to convert it into a standard measuring range. In particular, the active electrical energy source comprises a sensor device such as a temperature sensor, a humidity sensor, a pressure sensor, a light sensor, a force sensor, a gas detection sensor in a stationary or mobile gas detection system, a sensor of the wind speed and direction, a sound sensor, a pH sensor and / or a radioactivity sensor.
In einer weiteren Ausführungsform detektiert das Detektionssystem (z. B. ein Mikrocontroller) eine Änderung in Form einer Strom- oder Spannungsmessung und eine Recheneinheit berechnet Strom- oder Spannungswerte auf der Grundlage der Spannungs- und Strommessungen, so dass das Überwachungssignal in Abhängigkeit von den berechneten Strom- oder Spannungswerten erzeugt wird. In another embodiment, the detection system (eg, a microcontroller) detects a change in the form of a current or voltage measurement, and a computing unit calculates current or voltage values based on the voltage and current measurements, such that the monitor signal is a function of the calculated Current or voltage values is generated.
Darüber hinaus kann das Detektionssystem und/oder die Recheneinheit mit einer Steuereinheit, insbesondere einem Mikrocontroller, gekoppelt sein. Und insbesondere sind das Detektionssystem und/oder die Recheneinheit Softwaresysteme, insbesondere eingebettet mit dem Mikrocontroller. In addition, the detection system and / or the arithmetic unit can be coupled to a control unit, in particular a microcontroller. In particular, the detection system and / or the computing unit are software systems, in particular embedded with the microcontroller.
Es ist auch möglich, dass in Abhängigkeit von dem Überwachungssignal, eine Betriebsbedingung, insbesondere eine Fehler/Nicht-Fehler-Bedingung erzeugt wird und insbesondere auf der Grundlage des Überwachungssignals eine automatische Steueraktion erzeugt wird. Deshalb kann die Detektion einer ungewollten Betriebsbedingung z. B. verwendet werden, um eine Sensoreinheit automatisch abzuschalten. It is also possible that, depending on the monitoring signal, an operating condition, in particular an error / non-error condition is generated and in particular on the Based on the monitoring signal an automatic control action is generated. Therefore, the detection of an unwanted operating condition z. B. used to automatically turn off a sensor unit.
Das Problem wird auch mit einem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. The problem is also solved by a method according to
Hierbei wird die aktive elektrische Energiequelle mit mindestens einem ersten Nebenwiderstand elektrisch gekoppelt, der verschiedene Zustände mit jeweils verschiedenen Widerstandswerten einnehmen kann. Der erste Nebenwiderstand wird deshalb als einstellbar betrachtet. In this case, the active electrical energy source is electrically coupled to at least one first shunt resistor, which can assume different states, each with different resistance values. The first shunt resistance is therefore considered adjustable.
Dann
- a) werden mindestens zwei Spannungs- oder Strommessungen mit dem ersten Nebenwiderstand, der in verschiedenen Zuständen ist, vorgenommen und
- b) die Spannungs- und Strommessungen werden verwendet, um Stromwerte für die verschiedenen Zustände zu berechnen, und
- c) ein Überwachungssignal für die aktive elektrische Energiequelle wird erzeugt.
- a) at least two voltage or current measurements are made with the first shunt which is in different states and
- b) the voltage and current measurements are used to calculate current values for the different states, and
- c) a monitoring signal for the active electrical energy source is generated.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist die aktive elektrische Energiequelle auch mit dem mindestens einen zweiten Nebenwiderstand mit einem festen Widerstandswert elektrisch gekoppelt. In one embodiment of the method, the active electrical energy source is also electrically coupled to the at least one second shunt resistor having a fixed resistance.
In einer alternativen Ausführungsform nimmt das Überwachungssignal Folgendes ein:
- a) einen ersten Überwachungszustand, wenn die Stromwerte, die aus den Spannungsmessungen (U1R2, U1R1||R2) berechnet werden, Folgendes sind: mit
- U1R1:
- Spannung über dem Nebenwiderstand R2
- U1R1||R2:
- Spannung in der Leitung mit den Nebenwiderständen R1, R2 parallel
- R1:
- Widerstandswert des ersten Nebenwiderstands R1
- R2:
- Widerstandswert des zweiten Nebenwiderstands R2
- R1||R2:
- Widerstandswert der parallelen Nebenwiderstände R1, R2
- b) und einen zweiten Überwachungszustand, wenn mit
- U1R1:
- Spannung über dem Nebenwiderstand R2
- U1R1||R2:
- Spannung in der Leitung mit den Nebenwiderständen R1, R2 parallel
- R1:
- Widerstandswert des ersten Nebenwiderstands R1
- R2:
- Widerstandswert des zweiten Nebenwiderstands R2
- R1||R2:
- Widerstandswert der parallelen Nebenwiderstände R1, R2
- a) a first monitoring state when the current values calculated from the voltage measurements (U1 R2 , U1 R1 || R2 ) are: With
- U1 R1:
- Voltage across shunt R2
- U1 R1 || R2 :
- Voltage in the line with shunt resistors R1, R2 in parallel
- R1:
- Resistance value of the first shunt resistor R1
- R2:
- Resistance value of the second shunt resistor R2
- R1 || R2:
- Resistance value of the parallel shunt resistors R1, R2
- b) and a second monitoring state when With
- U1 R1 :
- Voltage across shunt R2
- U1 R1 || R2 :
- Voltage in the line with shunt resistors R1, R2 in parallel
- R1:
- Resistance value of the first shunt resistor R1
- R2:
- Resistance value of the second shunt resistor R2
- R1 || R2:
- Resistance value of the parallel shunt resistors R1, R2
Falls Rauschen berücksichtigt wird, sollten die Gleichheiten durch den folgenden Satz von Gleichungen ersetzt werden. Das Überwachungssignal nimmt Folgendes ein:
- a) einen ersten Überwachungszustand, wenn die Stromwerte, die aus den Spannungsmessungen (U1R2, U1R1||R2) berechnet werden, Folgendes sind:
- b) und einen zweiten Überwachungszustand, wenn mit
- U1R1:
- Spannung über dem Nebenwiderstand R2
- U1R1||R2:
- Spannung in der Leitung mit den Nebenwiderständen R1, R2 parallel
- R1:
- Widerstandswert des ersten Nebenwiderstands R1
- R2:
- Widerstandswert des zweiten Nebenwiderstands R2
- R1||R2:
- Widerstandswert der parallelen Nebenwiderstände R1, R2
- a) a first monitoring state when the current values calculated from the voltage measurements (U1 R2 , U1 R1 || R2 ) are:
- b) and a second monitoring state when With
- U1 R1 :
- Voltage across shunt R2
- U1 R1 || R2 :
- Voltage in the line with shunt resistors R1, R2 in parallel
- R1:
- Resistance value of the first shunt resistor R1
- R2:
- Resistance value of the second shunt resistor R2
- R1 || R2:
- Resistance value of the parallel shunt resistors R1, R2
Es ist auch möglich, dass in einer Ausführungsform des Verfahrens mehrere Strom- oder Spannungsmessungen vor und nach der Änderung des Widerstandswerts im ersten Nebenwiderstand vorgenommen werden. It is also possible that in one embodiment of the method, a plurality of current or voltage measurements are made before and after the change of the resistance value in the first shunt resistor.
Im Folgenden sind einige Ausführungsformen der Erfindung auf eine beispielhafte Weise beschrieben. Hereinafter, some embodiments of the invention are described in an exemplary manner.
In
Ein Sensorvorrichtungsfehler wird signalisiert, indem der Bereich des Signals von 4 mA bis 20 mA erweitert wird. Wenn der Strom z. B. unter 3,6 mA oder über 21 mA ist, wird dies als ein Sensorvorrichtungsfehler interpretiert. Um falsche Alarme zu vermeiden, soll das Signal für mindestens 4 Sekunden vorhanden sein, bevor es als Sensorfehler interpretiert wird. A sensor error is signaled by expanding the range of the signal from 4 mA to 20 mA. If the current z. Below 3.6 mA or above 21 mA, this is interpreted as a sensor error. To avoid false alarms, the signal should be present for at least 4 seconds before being interpreted as a sensor error.
Das Ausgangsstromsignal des Messwertgebers
Wie als ein Beispiel in
Die Spannung U1, die über dem Nebenwiderstand R2 gemessen wird, kann durch das Ohmsche Gesetz rechnerisch in einen Strom umgesetzt werden, da der Widerstand des Nebenwiderstands R2 bekannt ist. The voltage U1, which is measured via the shunt resistor R2, can be mathematically converted into a current by Ohm's law, since the resistance of the shunt resistor R2 is known.
In der Ausführungsform, die in
In
Die aktive elektrische Energiequelle
Wenn sich der Zustand des ersten Nebenwiderstands R1 ändert, d. h. sich der spezifische Widerstand ändert, kann die Änderung eines Stroms oder eine Spannungsänderung (hier in der oberen Leitung der Schaltung
In Abhängigkeit von der detektierten Änderung wird ein Überwachungssignal S für die aktive elektrische Energiequelle
Die grundlegende Idee des Ansatzes ist es, dass dann, wenn der Nebenwiderstandswert in dem ersten Nebenwiderstand R1 geändert wird, der Stromtreiber die Antriebsspannung ändern muss, um einen unveränderten Strom zu erreichen, um einen korrekt arbeitenden Messwertgeber zu gewährleisten. Diese Spannungsänderung ist vorhersagbar und kann überwacht werden. The basic idea of the approach is that, if the shunt resistance in the first shunt resistor R1 is changed, the current driver must change the drive voltage to reach an unchanged current to allow for a properly operating transmitter guarantee. This voltage change is predictable and can be monitored.
Um einen Test für den korrekten Betrieb des Stromtreibers des Messwertgebers zu implementieren, muss das Steuereinheitssystem U1 mindestens zweimal messen, um mindestens zwei Zustände zu erzeugen. Einmal mit dem Schalter des ersten Nebenwiderstands R1 geöffnet (nichtleitend) und einmal mit dem Schalter geschlossen (leitend). Wegen des Ohmschen Gesetzes müssen diese beiden gemessenen Werte die folgende Gleichung in einem ersten Zustand erfüllen To implement a test for the correct operation of the current driver of the transmitter, the control unit system must measure U1 at least twice to generate at least two states. Once opened with the switch of the first shunt resistor R1 (non-conductive) and once closed with the switch (conductive). Because of Ohm's law, these two measured values must satisfy the following equation in a first state
In einem zweiten Überwachungszustand gilt dann In a second monitoring state then applies
Die Berechnung wird durch eine Recheneinheit
Es ist selbstverständlich, dass die obige Berechnung für parallele Nebenwiderstände und für gemessene Spannungsdaten ist. Eine analoge Berechnung kann für Nebenwiderstände in Reihe und/oder für gemessene Stromwerte durchgeführt werden. It is understood that the above calculation is for parallel shunt resistors and for measured voltage data. An analogue calculation can be performed for shunt resistors in series and / or for measured current values.
Wenn Rauschen berücksichtigt wird, sind die oben gegebenen Gleichheiten nicht strikt wahr. In diesen Fällen sind die folgenden Ungleichheiten gültig. When noise is considered, the equations given above are not strictly true. In these cases, the following inequalities are valid.
Ein erster Überwachungszustand wird eingenommen, wenn die Stromwerte, die aus den Spannungsmessungen (U1R2, U1R1||R2) berechnet werden, sind. A first monitoring state is assumed when the current values calculated from the voltage measurements (U1 R2 , U1 R1 || R2 ), are.
Der Schwellenwert ε hängt von dem Rauschen ab, das erwartet wird. Folglich ist der zweite Überwachungszustand gegeben durch The threshold ε depends on the noise that is expected. Consequently, the second monitoring state is given by
In
Obwohl im Prinzip ein Satz von Messungen der Spannung für den Zweck der Überwachung ausreichend ist, können mehrere Messungen über der Zeit durchgeführt werden. Die Spannung U1R2 über dem zweiten Nebenwiderstand R2 kann mindestens einmal vor oder nach der Messung von U1R1||R2 gemessen werden. Falls nicht alle Messungen mit der Gleichheit (oder in Anbetracht des Rauschens mit der Ungleichheit) übereinstimmen, ist der Test zu verwerfen, weil ein sich ändernder Strom anzunehmen ist. Although, in principle, one set of measurements of the voltage is sufficient for the purpose of monitoring, several measurements can be made over time. The voltage U1 R2 across the second shunt R2 can be measured at least once before or after the measurement of U1 R1 || R2 . If all measurements do not agree with equality (or in the face of inequality noise), discard the test because a changing current is to be assumed.
In einer Variante kann ein bestimmter Schwellenwert zum Widersprechen von Messungen definiert sein. In a variant, a certain threshold for contradicting measurements may be defined.
Es ist selbstverständlich, dass die obige Berechnung für parallele Nebenwiderstände und für gemessene Spannungsdaten ist. Eine analoge Berechnung kann für Nebenwiderstände in Reihe und/oder für gemessene Stromwerte durchgeführt werden. It is understood that the above calculation is for parallel shunt resistors and for measured voltage data. An analogue calculation can be performed for shunt resistors in series and / or for measured current values.
In den Ausführungsformen, die in
In
In einer alternativen Variante der Ausführungsform von
Darüber hinaus sind in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- aktive elektrische Energiequelle (Spannungsquelle, Stromquelle)active electrical energy source (voltage source, power source)
- 10 10
- elektrische Schaltung electrical circuit
- 11 11
- Detektionssystem detection system
- 12 12
- Recheneinheit computer unit
- 20 20
- Sensorvorrichtung sensor device
- 30 30
- Verbinder Interconnects
- 40 40
- Steuereinheit control unit
- R1 R1
- erster Nebenwiderstand (einstellbar, verbindbar)first shunt resistor (adjustable, connectable)
- R2 R2
- zweiter Nebenwiderstand (fester Widerstandswert)second shunt resistance (fixed resistance)
- S S
- Überwachungssignal heartbeat
- U1 U1
- Spannungsmessungsvorrichtung Voltage measurement device
- U1R2 U1 R2
- Spannung mit nur dem zweiten Nebenwiderstand in der Schaltung Voltage with only the second shunt in the circuit
- U1R1||R2 U1 R1 || R2
- Spannung mit dem ersten und dem zweiten Nebenwiderstand parallel Voltage with the first and the second shunt in parallel
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102016208719.3A DE102016208719B4 (en) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | An active electrical energy source monitoring system and method for monitoring an active electrical energy source |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102016208719.3A DE102016208719B4 (en) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | An active electrical energy source monitoring system and method for monitoring an active electrical energy source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102016208719A1 DE102016208719A1 (en) | 2017-11-23 |
DE102016208719B4 true DE102016208719B4 (en) | 2018-02-08 |
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ID=60255367
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DE102016208719.3A Active DE102016208719B4 (en) | 2016-05-20 | 2016-05-20 | An active electrical energy source monitoring system and method for monitoring an active electrical energy source |
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DE (1) | DE102016208719B4 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050168343A1 (en) * | 2003-08-07 | 2005-08-04 | Longsdorf Randy J. | Process control loop current verification |
DE102008043178A1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-04-29 | Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co. Kg | Field device for process automation technology, has control unit including current measurement unit that determines value of intensity of current applied at interface and flowing via control element |
-
2016
- 2016-05-20 DE DE102016208719.3A patent/DE102016208719B4/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: JONES DAY RECHTSANWAELTE PATENTANWAELTE, DE |