DE1613880C3 - Schaltungsanordnung zum Überwachen des sicheren Ein- und Ausschaltens von elektrischen Verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen des sicheren Ein- und Ausschaltens von elektrischen Verbrauchern unter Verwendung von elektronischen Schaltern, die durch Impulse eines mehrphasigen Pulses gesteuert werden, und mit einer Überwachungseinrichtung für den Verbraucherstrom.

Beispielsweise in der Eisenbahnsicherungstechnik besteht oft die Aufgabe, Signallampen sicher ein- und auszuschalten. Unter »sicher einschalten« wird dabei verstanden, daß die Signallampe tatsächlich aufleuchtet, wenn ein entsprechender Einschaltbefehl ausgelöst wird. Demgegenüber soll unter »sicher ausschalten« verstanden werden, daß die Signallampe tatsächlich erlischt, wenn ein entsprechender Ausschaltbefehl gegeben wird.

Zum Vermeiden von gefährlichen Situationen ist das sichere Einschalten von Signallampen zum Ausleuchten des Signalbildes für den Signalbegriff »Halt« und das sichere Ausschalten der Signallampen zum Ausleuchten des Signalbildes für den Signalbegriff »Fahrt« unbedingt erforderlich. Aus diesem Grund werden in der Eisenbahnsicherungstechnik die Stromkreise für die erstgenannten Signallampen wegen der damit erreichbaren höheren Redundanz verdoppelt oder sogar verdreifacht, weil aus Gründen der Sicherheit nicht angenommen wird bzw. weil nicht gewährleistet werden kann, den einzelnen, vorher stromlosen Kreis im entscheidenden Augenblick in den stromführenden Zustand bringen zu können. Zu diesem Zweck müssen alle Elemente des Stromkreises lückenlos verbunden und auch selbst in Ordnung sein.

Beim Ausschalten von Signalstromkreisen liegen die Verhältnisse etwas günstiger. Um nämlich den Stromkreis vom stromführenden in den stromlosen Zustand zu bringen, ist der Stromkreis an nur einer Stelle zu unterbrechen. Dies kann durch einen einzigen Kontakt erreicht werden.

Wird angenommen, daß der Kontakt im entscheidenden Augenblick nicht öffnen kann, wird auch zum Abschalten von Stromkreisen eine Kontaktverdoppelung vorgenommen. Diese Kontakte, die nicht von demselben Relais betätigt werden dürfen, sind in Reihe geschaltet.

In beiden Fällen, sowohl in Stromkreisen, die das sichere Einschalten verlangen, als auch in Stromkreisen, die das sichere Ausschalten verlangen, ergibt sich durch die erforderliche Redundanz ein beträchtlicher unerwünschter Mehraufwand.

Aus der DT-PS 11 81 792 ist eine Überwachungsschaltung für Haupt- und Nebenfäden für Glühlampen, insbesondere Signallampen, bekannt, die durch Anwendung elektronischer Mittel unerwünschte elektrische oder mechanische Störungen von relaisgesteuerten Schaltungen vermeiden soll.

Mit dieser Überwachungsschaltung kann jedoch nicht überwacht werden, ob sich die Signallampen im entscheidenden Augenblick einschalten lassen und ob im Störungsfall das Umschalten auf die Nebenfäden möglich ist. Außerdem ist das sichere Abschalten nicht ermöglicht. Hinzu kommt noch, daß bei der Anwendung von Halbleitern in der dargestellten Weise nicht überwacht ist, ob infolge äußerer Einflüsse, z. B. Überspannungen, die Halbleiter noch funktionsfähig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß alle am sicheren Ein- und Ausschalten des Verbrauchers beteiligten Bauelemente und der Verbraucher selbst auf vorschriftsmäßiges Arbeiten überwacht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verbraucher in einen Stromzweig mit einer Sicherung, der Überwachungseinrichtung und einem ersten elektronischen Schalter einbezogen ist, der durch alle Impulse der ersten Phase geschlossen und im Überwachungsbetrieb durch alle Impulse der zweiten Phase geöffnet wird, wobei die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen dieser Phasen so kurz gewählt ist, daß der bei periodisch geschlossenem Schalter durch den Verbraucher fließende Strom die für Nor-

malbetrieb bei ständig geschlossenem Schalter erwartete Wirkung im Verbraucher noch nicht hervorruft, und daß ein im Überwachungsbetrieb durch die Impulse der dritten Phase nach dem Öffnen des ersten Schalters kurzzeitig schließbarer zweiter elektronischer Schalter in Verbindung mit einer gesonderten Spannungsquelle vorgesehen ist, die den Verbraucher über die Überwachungseinrichtung mit einem Strom speisen, bei dem die erwartete Wirkung im Verbraucher ebenfalls noch nicht eintritt.

In der erfindungsgemäßen Schaltung sind alle für ein sicheres Ein- und Ausschalten des Verbrauchers notwendigen Bauelemente sowie der Verbraucher selbst in vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand und ohne Verdoppelung der Schaltelemente auf vorschriftsmäßiges Arbeiten überwacht. Zum Schalten von Verbrauchern mit kleiner Leistungsaufnahme kommen Transistoren zur Anwendung.

Besonders zweckmäßig ist für Verbraucher mit höherer Leistungsaufnahme eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der erste Schalter aus einem durch die Impulse der ersten Phase steuerbaren Thyristor besteht, dem ein zweiter, durch die Impulse der zweiten Phase steuerbarer Thyristor über einen Kondensator parallel geschaltet ist, der sich bei gezündetem ersten Thyristor auf eine für diesen bestimmte Löschspannung auflädt. Weiterhin ist als gesonderte Spannungsquelle ein mit drei Wicklungen versehener Übertrager vorgesehen, dessen eine Wicklung über einen dritten Thyristor in Reihe mit dem Verbraucher und der Überwachungseinrichtung liegt, dessen zweite Wicklung im Zündkreis des dritten Thyristors angeordnet ist und dessen dritte Wicklung in Reihe mit einem durch die Impulse der dritten Phase gesteuerten vierten Thyristors liegt, wobei diese Reihenschaltung durch einen Parallelkondensator überbrückt und über die Sicherung an die den Verbraucher speisende Spannungsquelle angeschlossen ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 3 und 4 nähere Einzelheiten einer Überwachungseinrichtung und

F i g. 5 mehrere Impulsdiagramme.

Im Blockschaltbild nach F i g. 1 ist ein Verbraucher 1, z. B. eine Signallampe, in einem Stromzweig vorgesehen, der weiterhin aus einer Sicherung 2, einer Überwachungseinrichtung 3 und einem elektronischen Schalter 4 besteht und an eine Spannungsquelle ( + ),(-) angeschlossen ist. Parallel zu dem Verbraucher 1 und der Überwachungseinrichtung 3 liegt ein Stromzweig, der aus einer gesonderten Spannungsquelle 5 und einem zweiten elektronischen Schalter 6 aufgebaut ist. Weiterhin ist eine Impulsquelle 7 für einen dreiphasigen Puls vorgesehen. Die zeitliche Zuordnung der von der Impulsquelle 7 über die Leitungen 71, 72 und 73 abgegebenen Impulse ist aus Jen Diagrammlinien Zl, Z2 und Z3 von F i g. 5 zu ersehen.

Bei einem über die Leitung 71 abgegebenen Impuls wird der elektronische Schalter 4 geschlossen. Dann fließt über die Sicherung 2, den Verbraucher 1, die Überwachungseinrichtung 3 und den Schalter 4 in Pfeilrichtung 8 ein Strom, der infolge eines anschließend über die Leitung 72 gegebenen Impulses durch Öffnen des elektronischen Schalters 4 wieder unterbrochen wird. Die Zeit 9 zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen der beiden ersten Phasen ist so gewählt, daß der bei geschlossenem Schalter 4 durch den Verbraueher 1 bei Überwachungsbetrieb fließende Strom höchstens von einer Dauer ist, daß die für Normalbetrieb, also bei abgeschalteten Impulsen der zweiten und dritten Phase und demzufolge Dauerstrom, erwartete Wirkung im Verbraucher noch nicht eintritt. Die Signallampe kommt somit noch nicht zum Leuchten. Durch diesen kurzzeitig in Pfeilrichtung 8 fließenden Strom ist überwacht, daß der Schalter 4 ordnungsgemäß arbeitet, der Verbraucher 1, die Überwachungseinrichtung 3 und überhaupt der gesamte Stromkreis noch in Ordnung sind. Diese Tatsache wird über die Leitung 31 der Überwachungseinrichtung 3 an eine Zentrale gemeldet. Da diese Meldung im Überwachungsbetrieb bei ordnungsgemäßer Anlage ständig wiederholt wird, ist eine vorzügliche Überwachung hinsichtlich des sicheren Einschaltens des Verbrauchers 1 gegeben.

Sobald von der Impulsquelle 7 über die Leitung 73 ein Impuls der dritten Phase (vgl. Diagrammlinie Z3, F i g. 5) abgegeben wird, wird der zweite elektronische Schalter 6 kurzzeitig geschlossen. Es wird angenommen, daß der Schalter 6 durch entsprechende Ausbildung selbsttätig wieder öffnet, es ist aber auch möglich, eine vierte Pulsphase vorzusehen, deren Impulse das Öffnen des Schalters 6 bewirken. Bei geschlossenem Schalter 6 wird geprüft, ob der Schalter 4 sich beim vorhergehenden Impuls der zweiten Phase öffnen ließ. Dabei fließt ein Strom in umgekehrter Pfeilrichtung 8 durch die Überwachungseinrichtung 3 und den Verbraucher 1. Die Zeit, während der der Schalter 6 geschlossen bleibt, ist so bemessen, daß der durch den Verbraucher 1 fließende Strom noch nicht die Wirkung wie bei Normalbetrieb hervorruft. Ist als Verbraucher 1 eine Signallampe vorgesehen, so darf diese also nicht aufleuchten. Der kurz andauernde Strom reicht jedoch aus, in der Überwachungseinrichtung 3 eine entsprechende Meldung auszulösen, die ebenfalls über die Leitung 31 an eine Zentrale abgegeben wird. Diese Meldung besagt, daß der durch den elektronischen Schalter 6 gebildete Parallelstromkreis sich ebenfalls ordnungsgemäß ein- und ausschalten läßt.

Sollte infolge eines Defektes im Schalter 4 dieser ständig geschlossen bleiben, so wird beim Schließen des elektronischen Schalters 6 ein Kurzschluß erzeugt, der ein Auslösen der Sicherung 2 zur Folge hat. Der Verbraucher 1 wird also trotz des für den Schalter 4 angenommenen Defektes sicher abgeschaltet. Daß dieser Defekt vorliegt, wird durch Ausbleiben der von der Überwachungseinrichtung 3 bei nicht gestörtem Schalter 4 abgegebenen Meldungen in der Zentrale angezeigt und ausgewertet.

Zum Einschalten des Verbrauchers 1 für Normalbetrieb wird auf die Impulsquelle 7 ein Kommando zum Abschalten der beiden Pulse der zweiten und dritten Phase gegeben. Dadurch bleibt der elektronische Schalter 6 stets geöffnet und der elektronische Schalter 4 geschlossen. Je nach Ausbildung des Schalters 4 können nach dessen Schließen alle drei Pulse abgeschaltet werden.

F i g. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei besteht der erste elektronische Schalter 4 im wesentlichen aus zwei Thyristoren 41 und 44 und der zweite elektronische Schalter 6 aus den Thyristoren 61 und 62. Die Arbeitsweise des elektronischen Schalters 4 ist folgende. Bei einem Impuls über

die Leitung 71 wird der Thyristor 41, der die eigentliche Schaltaufgabe übernimmt, gezündet, wodurch folgender Stromzweig geschlossen ist:

Während des kurzzeitigen Einschaltzustandes im Überwachungsbetrieb wird der Kondensator 42 über den Widerstand 43 aufgeladen. Wenn nun von der Impulsquelle 7 der zeitlich folgende Impuls der zweiten Phase über die Leitung 72 abgegeben wird, wird der Thyristor 44 gezündet, dessen Schaltstrecke dann niederohmig ist. Hierdurch liegt die Spannung des Kondensators 42 an der Schaltstrecke des Thyristors 41, wodurch dieser wieder gelöscht und damit hochohmig wird. Damit ist der genannte Stromzweig wieder aufgetrennt. Die Schaltstrecke des Thyristors 44 wird selbsttätig wieder hochohmig, wenn nach dem Absinken der Kondensatorladung ein durch die Thyristoreigenschaften vorgegebener Haltestrom unterschritten wird.

Die Wirkungsweise des elektronischen Schalters 6 ist folgende: Kurz vor jedem über die Leitung 73 gegebenen Impuls ist der Kondensator 63 über den Widerstand 64 aufgeladen. Wird dann der Thyristor 62 durch den besagten Impuls der dritten Phase gezündet, so fließt über die Wicklung 101 eines als gesonderte Spannungsquelle dienenden Übertragers 10 solange Strom, bis infolge der Kondensatorentladung der Haltestrom dieses Thyristors unterschritten wird. Hierbei gibt die Wicklung 105 des Übertragers 10 einen Spannungsimpuls zum Speisen und die Wicklung 102 einen Spannungsimpuls zum Zünden des Thyristors 61 ab. Bei geöffnetem Thyristor 41 fließt dann durch die Überwachungseinrichtung 3 und den Verbraucher 1 ein kurz andauernder Strom in entgegengesetzter Pfeilrichtung 8. Wäre infolge eines Defektes der Thyristor 41 noch niederohmig, würde, wie bereits ausführlich für F i g. 1 beschrieben, die Sicherung 2 ausgelöst. Der bei diesem Prüfbetrieb durch den Verbraucher 1 und die Überwachungseinrichtung fließende Strom ist in der Diagrammlinie Z4, Fig.5, durch bipolare Impulse veranschaulicht.

Die Überwachungseinrichtung 3 kann aus einem Ringkern 32 (Fig.3) bestehen, der mit zwei Wicklungen 33 und 34 versehen ist. Die Wicklung 33 ist so bemessen, daß der im Prüfbetrieb in wechselnder Richtung durch diese fließende Strom eine Magnetisierung des Ringkerns 32 von der einen in die andere Remanenzlage bewirkt. Die dabei in der Wicklung 34 entstehenden Spannungsimpulse werden über die Leitung 31 als Meldung ausgegeben.

Soll bei Normalbetrieb, bei dem also der Verbraucher 1 ständig angeschaltet bleibt, eine zusätzliche Überwachung des Verbrauchers durchgeführt werden, so kann in vorteilhafter Weise eine Überwachungsschaltung nach F i g. 4 verwendet werden, die sich von derjenigen nach F i g. 3 lediglich durch eine weitere Wicklung 35 des Ringkerns 32 unterscheidet. Diese Wicklung wird bei angeschaltetem Verbraucher 1, also bei Normalbetrieb, bei dem mindestens die Impulse der zweiten und dritten Phase abgeschaltet sind, durch die Impulse einer der drei Phasen beaufschlagt. Die Wicklung 35 wird so bemessen, daß die in dieser Wicklung bei jedem Impuls erzeugte Durchflutung so hoch und entgegengesetzt zu der bei Normalbetrieb vorhandenen Vormagnetisierung durch die Wicklung 33 ist, daß der Ringkern kurzzeitig in die andere Remanenzlage gesteuert wird. Hierbei gibt die Wicklung 34 Spannungsimpulse ab, die über die Leitung 31 als Meldung für einen mit Strom von ausreichender Höhe versorgten Verbraucher 1 ausgegeben werden. Sollte zum Beispiel eine als Verbraucher angeschaltete Signallampe durchbrennen, so entfällt die Vormagnetisierung, wodurch über die Leitung 31 keine Impulse ausgegeben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen des sicheren Ein- und Ausschaltens von elektrischen Verbrauchern unter Verwendung von elektronischen Schaltern, die durch Impulse eines mehrphasigen Pulses gesteuert werden, und mit einer Überwachungseinrichtung für den Verbraucherstrom, da-

.durch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (1) in einen Stromzweig mit einer Sicherung (2), der Überwachungseinrichtung (3) und einem ersten elektronischen Schalter (4) einbezogen ist, der durch alle Impulse der ersten Phase geschlossen und im Überwachungsbetrieb durch alle Impulse der zweiten Phase geöffnet wird, wobei die Zeit (9) zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen dieser Phasen so kurz gewählt ist, daß der bei periodisch geschlossenem Schalter (4) durch den Verbraucher (1) fließende Strom die für Normalbetrieb bei ständig geschlossenem Schalter (4) erwartete Wirkung im Verbraucher (1) noch nicht hervorruft, und daß ein im Überwachungsbetrieb durch die Impulse der dritten Phase nach dem Öffnen des ersten Schalters (4) kurzzeitig schließbarer zweiter elektronischer Schalter (6) in Verbindung mit einer gesonderten Spannungsquelle (5) vorgesehen ist, die den Verbraucher (1) über die Überwachungseinrichtung (3) mit einem Strom speisen, bei dem die erwartete Wirkung im Verbraucher (1) ebenfalls noch nicht eintritt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (4) aus einem durch die Impulse der ersten Phase steuerbaren Thyristor (41) besteht, dem ein zweiter, durch die Impulse der zweiten Phase steuerbarer Thyristor (44) über einen Kondensator (42) parallel geschaltet ist, der sich bei gezündetem ersten Thyristor (41) auf eine für diesen bestimmte Löschspannung auflädt, und daß als gesonderte Spannungsquelle (5) ein mit drei Wicklungen versehener Übertrager (10) vorgesehen ist, dessen eine Wicklung (105) über einen dritten Thyristor (61) in Reihe mit dem Verbraucher (1) und der Überwachungseinrichtung (3) liegt, dessen zweite Wicklung (102) im Zündkreis des dritten Thyristors (61) angeordnet ist und dessen dritte Wicklung (101) in Reihe mit einem durch die Impulse der dritten Phase gesteuerten vierten Thyristors (62) liegt, wobei diese Reihenschaltung durch einen Parallelkondensator (63) überbrückt und über die Sicherung (2) an die den Verbraucher (1) speisende Spannungsquelle angeschlossen ist (F i g. 2).