DE19614447A1 - Anordnung zur Erfassung der von mehreren Lichtbogensensoren erzeugten Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur zentralen Erfassung der Signale von Lichtbogensensoren, die verteilt in einer elektrischen Schaltanlage angeordnet sind.

Zur Erkennung von Lichtbögen in Schaltanlagen werden Lichtbogensensoren, auch Lichtbogenwächter genannt, eingesetzt. Ein derartiger Lichtbogensensor, der zwischen Störlichtbögen und Schaltlichtbögen unterscheiden kann, ist durch die DE 31 41 374 bekannt.

Bekannt ist auch eine Anordnung zur zentralen oder dezentralen Verarbeitung der von Lichtbogensensoren ausgegebenen Signale. Es werden optische Sensoren und Hallsensoren eingesetzt. Die optischen Sensoren weisen Lichtwellenleiter auf, die in der Erfassungselektronik mit Empfängern und Verstärkern enden. Aus den Ausgangssignalen der Lichtwellenleiter-Sensoren wird durch eine ODER-Ver­ knüpfung ein Summensignal gebildet, das mit den Ausgangssignalen von Hallsensoren jeweils in einer UND-Verknüpfung verarbeitet wird (DE 43 31 992 A1).

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung zur Erfassung der Signale mehrerer Lichtbogensensoren zu entwickeln, die gegen elektromagnetische Beeinflussung unempfindlich ist und auch bei zahlreichen, an verschiedenen Stellen räumlich angeordneten Lichtbogensensoren mit geringem Aufwand an Leitungen in kurzer Zeit Meldesignale von einem oder mehreren Lichtbogensensoren zentral erkennen kann.

Das Problem wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Prozessoren ausgerüstete Einheiten jeweils wenigstens mit einem Lichtbogensensor über Leitungen verbunden und Teilnehmer an einem seriellen, unidirektionalen Lichtwellenleiter-Ringbus sind, der von einer zentralen Einheit gesteuert wird. Bei dieser Anordnung können die Lichtbogensensoren an räumlich weit voneinander entfernten Stellen angeordnet sein, ohne daß ein großer Verkabelungsaufwand auffällt. Die Signalübertragung auf dem seriellen Bus wird von elektromagnetischen Feldern in der Schaltanlage nicht gestört. Es bestehen daher in bezug auf störende Felder keine Einschränkung bei der Kabelverlegung. Aufgrund der schnellen Signalübertragung auf dem Lichtwellenleiterbus können Lichtbögen in der zentralen Einheit in sehr kurzer Zeit auch bei unidirektionalem Betrieb festgestellt werden, so daß für die Auslösung von Schutzeinrichtungen wie Leistungsschaltern ausreichend Zeit verfügbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Teilnehmer jeweils einen von einem photoelektrischen Empfänger am Ende des einen Lichtwellenleiterabschnitts bis zum photoelektrischen Sender am Ende des anderen Lichtwellenleiterabschnitts verlaufenden Signalweg auf. Über diesen Signalweg werden empfangene Impulse schnell wieder ausgesendet und gelangen auf dem Ringbus wieder zu der zentralen Einheit zurück. Insbesondere werden derartige Impulse periodisch von der zentralen Einheit ausgesendet und auf den Empfang innerhalb einer vorgebbare Zeitspanne überwacht. Wenn nach dem Aussenden eines Impulses innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne kein Impuls vom zentralen Controller erkannt wird, ist dies ein Anzeichen für eine Störung im Ringkanal, worauf eine entsprechende Meldung hervorgerufen wird. Außerdem werden über den unidirektionalen Kanal die jeweils über den Ring empfangene Daten anderer Teilnehmer zum nachfolgenden Teilnehmer im Ring übertragen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Teilnehmer jeweils wenigstens einen Prozessor aufweisen, der mit einem Interrupt-Eingang über ein erstes Signal- Verzögerungsglied mit dem photoelektrischen Empfänger verbunden ist, wobei dem ersten Verzögerungsglied ein zweites Verzögerungsglied nachgeschaltet ist, das einen Eingang eines mit dem direkten Kanal und dem seriellen Ausgang des Mikroprozessors verbundenen NAND-Glieds speist, und wobei das zweite Verzögerungsglied in seiner Verzögerungszeit derart eingestellt ist, daß der Ausgang des NAND-Glieds nach Ablauf der Zeitverzögerung beider Verzögerungsglieder einen den Beginn der Übertragung von Daten aus dem Mikroprozessor anzeigenden Impulses abgibt.

Insbesondere ist für jeden Teilnehmer eine maximale Anzahl von seriell zu übertragenden Bits vorgesehen, von denen jedem Lichtbogensensor eine feste Anzahl zugeordnet ist.

Der Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur zentralen Erfassung der von einer Anzahl räumlich verteilt angeordneter Lichtsensoren erzeugten Signale,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teilnehmers der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Signalen der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen.

Eine Anordnung zur zentralen Erfassung der von einer Anzahl räumlich verteilt angeordneter Lichtbogen erzeugten Signale enthält eine zentrale Einheit 1, bei der es sich um einen Controller oder Mikrocontroller handeln kann, und eine Anzahl Teilnehmer 2, 3, 4, die zusammen mit der Einheit 1 über einen seriellen Bus 5 miteinander verbunden sind. Der serielle Bus ist ein Lichtwellenleiter-Ringbus und besteht aus einzelnen, zwischen der Einheit 1 und den Teilnehmern 2, 3, 4 angeordneten Busabschnitten 6, 7, 8 und 9. In der Fig. 1 sind drei Teilnehmer dargestellt, die jeweils wenigstens einen Prozessor aufweisen, der Eingabe-, Ausgabeschaltungen hat, die nicht näher dargestellt sind. An den Teilnehmer 2 sind zwei Lichtbogensensoren 10, 11 angeschlossen. In gleicher Weise sind an den Teilnehmer 3 Lichtbogensensoren 12, 13 und an den Teilnehmer 4 Lichtbogensensoren 14, 15 angeschlossen. Die Lichtbogensensoren 10 bis 15 sind jeweils mit den Eingabeschaltungen der Mikroprozessoren in den Teilnehmern 2, 3, 4 verbunden. An den Ringbus 5 können auch mehr Teilnehmer angeschlossen sein. Ebenso können die Teilnehmer 2, 3, 4 mit mehr als zwei Lichtbogensensoren verbunden sein. Die Lichtbogensensoren arbeiten z. B. auf optischer Basis, d. h. die Strahlung von Lichtbögen in der Schaltanlage, in der die Lichtbogensensoren angeordnet sind, wird erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das ausgewertet wird. Derartige Lichtbogensensoren sind an sich bekannt. Sie entscheiden bereits zwischen Schaltlichtbögen und Störlichtbögen und leiten nur Meldesignale weiter, wenn ein Störlichtbogen festgestellt wird. Die Schaltanlage, in der sich die Lichtbogensensoren 10 bis 15 befinden, ist nicht näher dargestellt.

Wenn ein Störlichtbogen von einem der Lichtbogensensoren 10-15 festgestellt wird, gibt dieser ein binäres Signal mit einer bestimmten Wertigkeit, z. B. 1, aus das vom Mikroprozessor im jeweiligen Teilnehmer weiterverarbeitet wird.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Teilnehmers dargestellt. Es handelt sich z. B. um den Teilnehmer 2. Die anderen Teilnehmer 3, 4 haben den gleichen Aufbau. Die Fig. 2 zeigt den Mikroprozessor 16, an den die Lichtbogensensoren 10, 11 angeschlossen sind. Das Ende des Busabschnitts 6 ist auf eine Photodiode 17 gerichtet, die über einen nicht näher bezeichneten Verstärker an ein erstes Verzögerungsglied 18 angeschlossen ist, das ausgangsseitig einerseits mit dem Interrupteingang 19 des Mikroprozessors 16 und andererseits mit dem Eingang eines zweiten Verzögerungsglieds 20 verbunden ist. Ein drittes Signalverzögerungsglied 21 steht eingangsseitig mit dem Ausgang des Verstärkers in Verbindung. Die Ausgänge der Zeitglieder 20, 21 und ein Ausgang des Mikroprozessors 16 für serielle Daten sind je an einen Eingang eines NAND-Glieds 22 gelegt, dem ausgangsseitig über einen nicht näher bezeichneten Widerstand eine lichtemittierende Diode 23 nachgeschaltet ist, die Licht in das Ende des Busabschnitts 7 einspeist.

Das Verzögerungsglied 21 hat nur eine geringe Zeitverzögerung, die zum Toleranzausgleich der Verzögerungszeiten der Teilnehmer 2, 3, 4 vorgesehen ist. Die Zeitverzögerung kann wenige µsec. betragen. Das Verzögerungsglied 18 hat eine Verzögerungszeit von einigen µsec. Die Verzögerungszeiten der Verzögerungsglieder 20, 21, 18 sind in allen Teilnehmern gleich. Die Verzögerungsglieder 18, 20 sind retriggerbare Multivibratoren. Diese Anordnung stellt sicher, daß erst ein Interrupt ausgelöst wird, wenn keine Busaktivität mehr vorhanden ist.

Die zentrale Einheit sendet auf der Leitung 6 zum Zeitpunkt t₁ einen Rechteckimpuls aus, der in Fig. 3 mit 24 bezeichnet ist. Dieser Rechteckimpuls durchläuft in den Teilnehmern 2, 3, 4 die direkten Kanäle zwischen dem Verstärker 17 und dem NAND-Glied 22, wobei er jeweils um die Zeitverzögerung ΔT₁ des Signalverzögerungsglieds 21 verzögert wird. Der Impuls 24 wird periodisch von der Einheit 1 ausgesandt und auf Rücklauf überwacht. Wenn er von der Einheit 1 nicht festgestellt wird, gibt diese eine Meldung über die Störung des Busübertragungskanals aus. Aufgrund der Verzögerungszeit ΔT₁ tritt der Impuls 24 erst zum Zeitpunkt t₂ am Ausgang des NAND-Glieds 22 auf. Am Ausgang des NAND-Glieds 22 des Teilnehmers 3 tritt der Impuls aufgrund der Zeitverzögerung erst zum Zeitpunkt t₃ auf.

Der Impuls 24 beginnt zum Zeitpunkt t₁ am Interrupteingang des Prozessors 16. Die Rückflanke des Impulses 24 löst die Zeitverzögerung ΔT₂ aus, so daß am Interrupteingang des Mikroprozessors 16 ein Impuls ansteht, der nicht mit dem Impuls 24 zum Zeitpunkt t₄ endet. Zum Zeitpunkt t₅ endet der Impuls am Ausgang des NAND-Glieds 22, so daß ein hoher Pegel 25 auftritt. Das Verzögerungsglied 18 stößt das Verzögerungsglied 20 an, d. h. der hohe Pegel geht wieder auf null zum Zeitpunkt t₆ zurück. Die Verzögerungszeit ΔT₃ des Verzögerungsglied 20 ist so eingestellt, daß zum Zeitpunkt t₇ ein kurzer Impuls 26 auftritt, der den Beginn der Datenübertragung aus dem Mikroprozessor 16 signalisiert. Die Datenübertragung beinhaltet die Ausgabe der den Lichtbogensensoren 10, 11 zugeordneten Daten und ist zum Zeitpunkt t₈ zu Ende. Diese Datenübertragung erfolgt im Teilnehmer 3 über den direkten Kanal zwischen Verstärker und NAND-Glied 22.

Am Interrupteingang des Mikroprozessors 16 des Teilnehmers 3 wird vom Impuls 24 ein Signal 27 ausgelöst, das aufgrund der eingestellten Verzögerungszeit erst zum Zeitpunkt t₉ endet. Anschließend beginnt in Teilnehmer 3 die Ausgabe der auf die Lichtbogensensoren 12, 13 bezogenen Daten. Das Signal 27 entspricht dem Busbelegungssignal, d. h. der Bus 5 ist aktiv.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt eine Überwachung auf Funktionsfähigkeit. Die Anordnung kann softwaremäßig selbstkonfigurierend ausgebildet sein, indem bei Inbetriebnahme zuerst die Anzahl der Teilnehmer und der an diese angeschlossenen Lichtbogensensoren festgestellt und in der Einheit 1 verarbeitet wird.

Claims (4)

1. Anordnung zur zentralen Erfassung der Signale von Lichtbogensensoren, die verteilt in einer elektrischen Schaltanlage angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit Mikroprozessoren (16) ausgestattete Einheiten jeweils wenigstens mit einem Lichtbogensensor (11-15) über Leitungen verbunden und Teilnehmer (2, 3, 4) an einem seriellen, unidirektionalen Lichtwellenleiter- Ringbus (5) sind, der von einer zentralen Einheit (1) gesteuert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmer (2, 3, 4) jeweils einen unmittelbar von einem photoelektrischen Empfänger (17) am Ende des einen Lichtwellenleiterabschnitts (6, 7, 8) bis zum photoelektrischen Sender (23) am Ende des anderen Lichtwellenleiterabschnitts (7, 8, 9) verlaufenden Signalweg aufweisen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmer (2, 3, 4) jeweils wenigstens einen Mikroprozessor (16) aufweisen, der mit einem Interrupteingang über ein Verzögerungsglied (18) mit dem photoelektrischen Empfänger (17) verbunden ist.

4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Verzögerungsglied (18) ein zweites Verzögerungsglied (20) nachgeschaltet ist und daß der erste Kanal, der Ausgang des zweiten Verzögerungsgliedes (20) und der Ausgang für serielle Daten des Mikroprozessors (16) an Eingänge einer Torschaltung (22) angeschlossen sind, der der Sender (23) nachgeschaltet ist.