DE10349462A1

DE10349462A1 - Installationsgerät mit überprüftem Potentiometer und entsprechendes Überprüfungsverfahren

Info

Publication number: DE10349462A1
Application number: DE10349462A
Authority: DE
Inventors: Klaus Behringer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: DE10349462B4; FR2861465A1; FR2861465B1

Abstract

Potentiometer von Installationsgeräten für die Sicherheitstechnik sollen sicher überprüft werden können. Dazu wird vorgeschlagen, eine Impedanzeinrichtung (2) in Reihe mit der zu überprüfenden Potentiometereinrichtung (1) zu schalten. Eine Spannung (U1) an der Impedanzeinrichtung (2) gibt Aufschluss darüber, ob die Potentiometereinrichtung (1) korrekt funktionsfähig ist. Der Einstellwert der Potentiometereinrichtung (1) kann durch eine Spannung (U4) ermittelt werden. Die beiden Spannungen (U1, U4) können mithilfe jeweils eines Komparators (3, 5) anhand einer variierbaren Vergleichsspannung (U3) festgestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Installationsgerät mit einer Potentiometereinrichtung, deren Einstellwert für eine Funktion des Installationsgeräts auswertbar ist, und einer Auswerteschaltung zum Auswerten einer diesbezüglichen Spannung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer entsprechenden Potentiometereinrichtung.

Bei vielen Anwendungen der Sicherheitstechnik ist die Auswertung eines Potentiometers erforderlich. Üblicherweise werden hierzu redundante Verfahren eingesetzt, um Fehler sicher erkennen zu können. Beispielsweise werden Doppel-Potentiometer mit durchgehender Achse für derartige Zwecke verwendet. Dies ist jedoch mit den Problemen bezüglich der mechanischen Stabilität und der wesentlich höheren Kosten eines Doppel-Potentiometers gegenüber einem einzelnen Potentiometer verbunden. Darüber hinaus haben die Doppel-Potentiometer einen entsprechend höheren Platzbedarf und schließlich sollen die sogenannten THT-Potentiometer (Through-Hole-Technology) mittel- und langfristig durch SMD-Potentiometer (Surface Mounted Device), die nur als Einfach-Potentiometer vorliegen, ersetzt werden.

Diese Probleme führen dazu, dass in der Sicherheitstechnik auf Potentiometer vielfach verzichtet wird. Bei diesen Lösungsansätzen werden beispielsweise Bauelemente mit fest eingestellten Werten oder Bausteine, deren Werte mittels einer geeigneten Software beispielsweise über einen intelligenten Bus bzw. PC konfigurierbar sind, eingesetzt. Im letzteren Fall ist eine übergeordnete Steuerung notwendig. Die Potentiometer können ferner durch DIP-Schalter bzw. mehrstufige Wahlschalter ersetzt werden. Diese Schalter führen jedoch zu hohen Kosten, da viele Controllerpins und aufwändige Mechanik nötig ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Installationsgerät für die Sicherheitstechnik vorzuschlagen, das über ein sicher und kostengünstig auswertbares Potentiometer verfügt, wobei auf teure Ersatzlösungen verzichtet werden soll. Darüber hinaus soll ein entsprechendes Verfahren zur Überprüfung einer Potentiometereinrichtung eines Installationsgeräts angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Installationsgerät mit einer Potentiometereinrichtung, deren Einstellwert für eine Funktion des Installationsgeräts auswertbar ist, und einer Auswerteschaltung zum Auswerten einer ersten Spannung sowie einer Impedanzeinrichtung, die mit der Potentiometereinrichtung in Reihe geschaltet ist, zum Bereitstellen der ersten Spannung, so dass anhand eines Ausgangssignals der Auswerteschaltung feststellbar ist, ob die Potentiometereinrichtung korrekt funktionsfähig ist.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Potentiometereinrichtung eines Installationsgeräts durch Bereitstellen der Potentiometereinrichtung, deren Einstellwert für eine Funktion des Installationsgeräts auswertbar ist, Bereitstellen einer Impedanzeinrichtung, die mit der Potentiometereinrichtung in Reihe geschaltet ist, zum Liefern einer ersten Spannung und Feststellen anhand des Werts der ersten Spannung, ob die Potentiometereinrichtung korrekt funktionsfähig ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Impedanzeinrichtung ein Bauelement mit fester Impedanz. Ein derartiges Bauelement wäre beispielsweise ein fester Ohmscher Widerstand. Dieser feste Widerstand hat den Vorteil, dass er verglichen mit Potentiometern kaum toleranzbehaftet ist.

An der Reihenschaltung von Potentiometereinrichtung und Impedanzeinrichtung kann eine vorgegebene zweite Spannung, die konstant ist, angelegt sein. Dadurch wird ein Spannungsteiler gebildet und die Funktionsfähigkeit des Potentiometers kann mit Hilfe der Impedanzeinrichtung auf einfache Weise überprüft werden.

Vorzugsweise umfasst die Auswerteschaltung einen Komparator, mit dessen Hilfe die erste Spannung mit einer vorgebbaren dritten Spannung vergleichbar ist. Dabei ist die dritte Spannung günstigerweise variierbar und die Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der ersten und dritten Spannung gleich sind, kann in der Auswerteschaltung zur Auswertung hinsichtlich der Funktionsfähigkeit der Potentiometereinrichtung berücksichtigt werden. Die dritte Spannung kann vorteilhafterweise an einem Kondensator erzeugt werden, der über eine angeschlossene spannungsgesteuerte Stromquelle geladen und/oder entladen wird. Werden sowohl der Lade- als auch der Entladevorgang mit einem definierten Strom, d. h. mit einem positiven bzw. negativen Strom, durchgeführt, so kann der Funktionstest bzw. die Messung des Potentiometerwerts in einem Lade-Entlade-Zyklus zweimal durchgeführt werden. Durch Mittelwertbildung lassen sich so Messfehler reduzieren.

An einem Mittenabgriff der Potentiometereinrichtung kann des Weiteren eine vierte Spannung für die Auswerteschaltung zur Ermittlung eines Potentiometerwerts bereitgestellt werden. Wird wiederum die dritte Spannung variiert, so kann eine entsprechende Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der vierten und dritten Spannung gleich sind, in der Auswerteschaltung zur Ermittlung des Potentiometerwerts verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Aufbau der Schaltung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Potentiometers besitzt geringe Toleranzketten, so dass eine hohe Genauigkeit des Verfahrens er zielt werden kann. Ferner hat die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Potentiometers mit Hilfe eines Festwiderstands den Vorteil, dass das Testergebnis nicht von unspezifizierten Parametern, wie dem Schleiferwiderstand des Potentiometers, abhängt. Darüber hinaus kann in diesem Fall auch nicht der Verschleiß eines Schleifers, dessen Widerstand in die Messung eingeht, zur Drift der Werte führen.

Durch den Einsatz eines Komparators wird am Schaltungsausgang ein digitales Signal bereitgestellt, so dass kein eigener Analog/Digital-Wandler zur Verfügung gestellt werden muss. Dadurch reduzieren sich die Controller-Kosten, da ein Controller ohne Analog/Digital-Wandler verwendet werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer erfindungsgemäßen Testeinrichtung für ein Potentiometer;
2 ein Diagramm zur zeitlichen Abhängigkeit der Testspannung; und
3 ein Diagramm einer Schaltung zum Erzeugen der Spannung von 2.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Das zu überprüfende Potentiometer 1 wird entsprechend 1 mit einem Fühlerwiderstand 2 in Reihe geschaltet. An diese Reihenschaltung ist eine Betriebsspannung U2 angelegt, die beispielsweise den Wert 5V hat. Eine Spannung U1, die an dem Fühlerwiderstand 2 anliegt, wird in einem Komparator 3 mit einer Spannung U3 verglichen. Dadurch soll festgestellt werden, ob das Potentiometer 1 in gewünschter Weise funktionsfä hig ist. Sind die Anschlüsse des Potentiometers 1 beispielsweise kurzgeschlossen, so ist die Spannung U1 übermäßig hoch, was durch den Komparator 3 bei geeigneter Vergleichsspannung U3 anhand einer Pegeländerung seines binären Ausgangssignals festgestellt werden kann. Wenn die Endanschlüsse des Potentiometers 1 hingegen untereinander elektrisch unterbrochen sind, liegt die Spannung U1 auf Massepotential, was ebenfalls durch den Komparator 3 festgestellt werden kann. Durch den Komparator 3 lässt sich aber auch feststellen, ob das Potentiometer 1 beispielsweise gealtert ist und der Widerstand des Widerstandsfilms des Potentiometers zugenommen hat, so dass sich dies bei der von U2 auf U1 herabgeteilten Spannung bemerkbar macht.
Um den Wert der Spannung U1 am Komparator 3 festzustellen, wird die Vergleichsspannung U3 linear gemäß 2 erhöht. Aus der Zeit t1, die zum Erreichen der Spannung U1 verstreicht, kann der Spannungswert U1 am Fühlerwiderstand 2 ermittelt werden. Da der Widerstandswert des Fühlerwiderstands 2 kaum toleranzbehaftet ist, muss der Spannungswert U1 auch in einem sehr schmalen Toleranzfenster liegen. Zur Überprüfung wird das Ausgangssignal S1 des Komparators 3 aus Sicherheitsgründen an zwei Mikrocontroller uC1 und uC2 angelegt. Durch diese Parallelität kann mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden, dass die Auswertung des Signals S1 falsch ist.
Die Erzeugung der Vergleichsspannung U3 erfolgt gemäß 3 mit einem Kondensator C, der entsprechend der Formel
mit einem konstanten Strom I_C geladen bzw. entladen wird. Nach Umformung ergibt sich
so dass du ~ dt ist.
Wie in 3 ebenfalls dargestellt ist, wird der konstante Strom I_C durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle 4 einge prägt. Sie kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller uC gesteuert werden.
Um die Vergleichsspannung U3 mit definierter Geschwindigkeit ansteigen oder abfallen zu lassen, wird der Kondensator C mit einem konstanten positiven Strom I_C geladen bzw. mit einem konstanten negativen Strom I_C wieder entladen. Dadurch ist die Schaltzeit des Komparators 3 sowohl beim Hochfahren als auch beim Herunterfahren der Vergleichsspannung U3 auswertbar. Durch Mittelwertbildung kann ein entsprechend genauer Zeit- bzw. Spannungswert ermittelt werden.
Über die Spannung U1 wurde lediglich die Funktionsfähigkeit des Potentiometers 1 festgestellt. Der Einstellwert des Potentiometers 1 wird hingegen über den Mittenabgriff ermittelt, an dem die Spannung U4 anliegt. Auch diese Spannung U4 wird in einem Komparator 5 mit der variablen Vergleichsspannung U3 verglichen. Sobald diese Spannung U3 zum Zeitpunkt t4 den Wert der Spannung U4 erreicht, schaltet der Komparator 5, so dass sich sein binäres Ausgangssignal S2 im Pegel ändert. Dies wird wiederum durch die parallel geschalteten Mikroprozessoren uC1 und uC2 festgestellt.
Der Wert der Spannung U4 vom Mittenabgriff des Potentiometers 1 muss in einem vorgegebenen Toleranzbereich ΔU liegen. Dieser liegt in etwa zwischen der Betriebsspannung U2 und der Spannung U1 am Fühlerwiderstand 2. Dem Spannungsbereich ΔU entspricht ein Zeitbereich Δt, wie es in 2 dargestellt ist. Die Breite dieses Zeitbereichs Δt hängt vom Kondensator C und dem Strom I_C der Stromquelle 4 ab. Liegt das Messergebnis außerhalb des Zeitbereichs Δt, wenn beispielsweise ein Kurzschluss zwischen dem Mittenabgriff des Potentiometers 1 und der Masse vorliegt, so kann auch auf diese Weise festgestellt werden, dass das Potentiometer 1 defekt ist.
Günstigerweise wird der Widerstandswert des Potentiometers 1 wesentlich größer als der Widerstandswert des Fühlerwider stands 2 gewählt, so dass eine Drift des Potentiometers wenig Einfluss auf den zeitlichen Messwert besitzt.
Da beide Controller uC1, uC2 denselben Pfad testen bzw. messen, kann eine minimale Toleranz zwischen den ermittelten Messwerten gefordert werden. Somit können systematische Fehler am Kondensator C und an der Stromquelle 4 sicher erkannt und dennoch eine hohe Gesamttoleranz eingehalten werden.

Claims

Installationsgerät mit – einer Potentiometereinrichtung (1), deren Einstellwert für eine Funktion des Installationsgeräts auswertbar ist, und – einer Auswerteschaltung (3, 5) zum Auswerten einer ersten Spannung (U1), gekennzeichnet durch – eine Impedanzeinrichtung (2), die mit der Potentiometereinrichtung (1) in Reihe geschaltet ist, zum Bereitstellen der ersten Spannung (U1), so dass anhand eines Ausgangssignals (S1) der Auswerteschaltung (3, 5) feststellbar ist, ob die Potentiometereinrichtung (1) korrekt funktionsfähig ist.
Installationsgerät nach Anspruch 1, wobei die Impedanzeinrichtung (2) eine feste Impedanz aufweist.
Installationsgerät nach Anspruch 2, wobei die feste Impedanz ein Ohmscher Widerstand ist.
Installationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Reihenschaltung von Potentiometereinrichtung (1) und Impedanzeinrichtung (2) eine vorgegebene zweite Spannung (U2), die konstant ist, angelegt ist.
Installationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteschaltung (3, 5) einen Komparator umfasst, mit dessen Hilfe die erste Spannung (U1) mit einer vorgebbaren dritten Spannung (U3) vergleichbar ist.
Installationsgerät nach Anspruch 5, wobei die dritte Spannung (U3) variierbar ist und eine Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der ersten (U1) und dritten Spannung (U3) gleich sind, in der Auswerteschaltung (3, 5) zur Auswertung berücksichtigbar ist.
Installationsgerät nach Anspruch 5 oder 6, die einen Kondensator (C) und eine daran angeschlossene, spannungsgesteuerte Stromquelle (4) aufweist, wobei der Kondensator (C) zum Generieren der dritten Spannung (U3) dient.
Installationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einem Mittenabgriff der Potentiometereinrichtung (1) eine vierte Spannung (U4) für die Auswerteschaltung (3, 5) zur Ermittlung eines Potentiometerwerts bereitstellbar ist.
Installationsgerät nach Anspruch 8, wobei die dritte Spannung (U3) variierbar ist und eine Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der dritten (U3) und vierten Spannung (U4) gleich sind, in der Auswerteschaltung (3, 5) zur Auswertung hinsichtlich eines Potentiometerwerts berücksichtigbar ist.
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Potentiometereinrichtung (1) eines Installationsgeräts durch – Bereitstellen der Potentiometereinrichtung (1), deren Einstellwert für eine Funktion des Installationsgeräts auswertbar ist, gekennzeichnet durch – Bereitstellen einer Impedanzeinrichtung (2), die mit der Potentiometereinrichtung (1) in Reihe geschaltet ist, zum Liefern einer ersten Spannung (U1), und – Feststellen anhand des Werts der ersten Spannung (U1), ob die Potentiometereinrichtung (1) korrekt funktionsfähig ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei für die Impedanzeinrichtung (2) eine feste Impedanz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei als feste Impedanz ein Ohmscher Widerstand verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei an die Reihenschaltung der Potentiometereinrichtung (1) und der Impedanzeinrichtung eine vorgegebene, zweite Spannung (U2), die konstant ist, angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die erste Spannung (U1) mit einer vorgebbaren dritten Spannung (U3) zur Feststellung der Funktionsfähigkeit der Potentiometereinrichtung (1) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die dritte Spannung (U3) variiert wird und eine Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der ersten (U1) und dritten Spannung (U3) gleich sind, zur Feststellung der Funktionsfähigkeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei zum Generieren der dritten Spannung (U3) ein Kondensator (C) verwendet wird, der mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle (4) geladen und/oder entladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei an einem Mittenabgriff der Potentiometereinrichtung (1) eine vierte Spannung (U4) zur Ermittlung eines Potentiometerwerts abgegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die dritte Spannung (U3) variiert wird und eine Zeitdauer, die bis zu einem Zeitpunkt verstreicht, an dem die Werte der vierten (U4) und dritten Spannung (U3) gleich sind, zur Auswertung hinsichtlich eines Potentiometerwerts berücksichtigt wird.