DE19722350A1 - Funkmeßempfänger zur Überwachung der elektromagnetischen Abstrahlung von elektrischen Funktionseinheiten - Google Patents

Description

Die Funkmeßempfänger zur Messung von elektromagnetischen Störfeldern arbeiten nach den Überlagerungsprinzip. Das Ein­ gangssignal wird in einem selektiven Vorverstärker verstärkt und dann mit einer variablen Frequenz zu einer festen Zwi­ schenfrequenz gemischt, die danach im Zwischenfrequenzver­ stärker über mehrere Verstärkerstufen und Bandfilterkombina­ tionen mit der gewünschten Bandbreite verstärkt wird. Das Signal wird daraufhin gleichgerichtet und mit einen Meßge­ rät dargestellt. Die Funkmeßempfänger werden im Industriebe­ reich vereinzelt zur Grenzwertkontrolle nach der EN50091 so­ wie zur Messung der elektromagnetischen Abstrahlung von elek­ trischen Funktionseinheiten bei auftretenden Funktionsstörun­ gen, die durch elektromagnetische Störstrahlung hervorgerufen sein können, eingesetzt. Der Einsatz des Funkmeßempfängers ist dabei zeitlich begrenzt. Durch die fehlende bzw. verein­ zelte Anwendung von Funkmeßempfängern im Industriebereich er­ folgt keine Integration des Empfängers in die jeweilige Anla­ gensteuerung. Die fehlende Integration erschwert die Fehler­ suche bei auftretenden Störungen erheblich.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Pro­ blem zugrunde, ein Funkmeßempfänger zu schaffen, der in der Anlagensteuerung integriert und damit in der Lage ist, eine kontinuierliche Überwachung der elektromagnetischen Abstrah­ lung der Funktionseinheiten dieser Anlage zu gewährleisten.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Mit der Erfindung wird eine ständige Grenzwertkontrolle nach der EN50091 erreicht. Auftretende Überschreitungen der Grenz­ werte können sofort erkannt werden. Die Integration des Funk­ meßempfängers in die Anlagensteuerung bewirkt eine schnelle Entdeckung der elektromagnetischen Störquelle. Dadurch kann eine mögliche elektromagnetische Beeinflussung von anderen Funktionseinheiten verhindert bzw. erheblich zeitlich einge­ grenzt werden. Anhand der veränderten elektromagnetischen Ab­ strahlung einer elektrischen Funktionseinheit, auch unter den gesetzlichen Grenzwerten, kann auf deren Defekt bzw. Beschä­ digung oder einer fehlerhaften Ansteuerung geschlossen werden. So ist z. B. die elektromagnetische Abstrahlung von elektrome­ chanischen Relais mit verbrannten Schaltkontakten oder mit einer zu hohen Schaltfrequenz, durch die erhöhte Lichtbogen­ bildung während des Schaltvorgangs, größer als bei Relais mit intakten Schaltkontakten und einer fehlerfreien Ansteue­ rung. Defekte oder beschädigte elektrische Funktionseinheiten und Steuerungsfehler können so schnell erkannt und beseitigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich­ nung 1 erläutert. Zeichnung 1 zeigt einen im Schaltschrank untergebrachten Funkmeßempfänger mit analogen Ausgang, dessen Signale von der Speicherprogrammierbaren Steuerung, die die Anlage steuert, verarbeitet werden.

Die meßtechnische Erfassung der elektromagnetischen Störstrah­ lung von den zu überwachenden Funktionseinheiten wird durch eine bzw. mehrere Antennen (1) realisiert. Zur Erfassung der Störfeldstärke im Nahbereich, z. B. bei Messungen in einem Schaltschrank, und bei Frequenzen bis 30 MHz werden magnetische Breitbandantennen eingesetzt. Erst bei Frequenzen oberhalb von 30 MHz und bei Störfeldstärkemessungen im Fernbereich (ab 40 m) können elektrische Breitbandantennen verwendet werden. Die Bandbreite der Antennen (1) müssen den Empfangsbereich des Funkmeßempfängers abdecken. Werden mehrere Antennen (1) für ein Funkmeßempfänger verwendet um dessen Empfangsempfindlich­ keit für verschiedene Polarisationsebenen und -richtungen zu erhöhen, erfolgt der Einsatz eines Hochfrequenzaddierers (2). Die Hochfrequenzleistungen der Antennen (1) an den Eingängen des Hochfrequenzleistungsaddierers (2) werden von diesen zu einer Gesamthochfrequenzleistung summiert. Als Hochfrequenz­ leistungsaddierer (2) können z. B. Hybride, Wilkinsonanordnun­ gen oder 3dB 90°-Richtkoppler eingesetzt werden. Die Speicher­ programmierbare Steuerung (10) steuert den Schütz Kx (11) an. Durch den entstehenden Lichtbogen beim Schließen oder Öffnen der Schützkontakte strahlt der Schütz (11) während des Schalt­ vorganges elektromagnetische Störstrahlung ab, die von der An­ tenne (1) empfangen und, bei den Einsatz von mehreren Antennen (1), von den Hochfrequenzleistungsaddierer (2) mit den Em­ pfangsleistungen der anderen Antennen (1) zu einer Gesamtleis­ tung addiert werden. Die Hochfrequenzgesamtleistung am Ausgang des Addierers (2) wird auf den Eingang der frequenzselektiven Vorstufe (3) des Funkmeßempfängers geschalten. Die Vorstufe (3) hat die Aufgabe eine Übersteuerung des Funkmeßempfängers durch elektromagnetische Wellen, die außerhalb des Meßbe­ reichs liegen, und die Messung von Spiegelfrequenzen zu ver­ meiden. Die Ausgangssignale der Vorstufe (3) werden von den Hochfrequenzverstärker (4) verstärkt und gelangen anschließend in den Mischer (5). Diese Eingangssignale werden im Mischer (5) mit der einstellbaren Frequenz des Oszillators (6) ge­ mischt. Am Ausgang des Mischers (5) entsteht durch Auf- oder Abwärtsmischung eine feste Zwischenfrequenz. Die Ausgangssig­ nale des Mischers (5) werden von den Zwischenfrequenzverstär­ ker (7) verstärkt. Die Ausgangssignale des Verstärkers (7) durchlaufen den Bandpaß (8). Der Bandpaß (8) läßt nur die Sig­ nale in der gewünschten Bandbreite durch. Die Signale die den Bandpaß (8) passieren, werden auf den Eingang des Meßumformers (9) geschalten. Der Meßumformer (9) wandelt sein Eingangssig­ nal in ein elektrisches Signal in einen der Einheitssignalbe­ reiche, z. B. 0-10 V DC, um. Der Ausgang des Meßumformers (9) ist der analoge Funkmeßempfängerausgang AA. Dessen Signale werden auf den analogen Eingang E1 der Speicherprogrammierba­ ren Steuerung (10) geschalten. Die analogen Signale am Eingang E1 werden von der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) di­ gitalisiert und mit einen Grenzwert verglichen. Überschreitet der Zahlenwert des Signals von E1 den des Grenzwertes, so wird beispielsweise der Merker M1 gesetzt. Da während des Ein- und Ausschaltvorganges einer elektrischen Funktionseinheit, die größte elektromagnetische Störstrahlung entsteht, wird bei einer 0/1- oder 1/0-Flanke an einen digitalen Ausgang der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10), der elektrische Funk­ tionseinheiten ansteuert, deren elektromagnetische Abstrahlun­ gen überwacht werden sollen, ein programmiertes Zeitglied Tx mit einer Ausschaltverzögerung gesetzt. Wird der Merker M1 ge­ setzt, ermittelt die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) den Ausgang dessen Zeitglied Tx gerade gesetzt ist. Die Be­ zeichnungen für diese Ausgänge werden auf der Anzeigeeinheit (12) angezeigt. Die Anzeigeeinheit (12) wird durch die digita­ len Ausgänge A3-A9 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) angesteuert. Gleichzeitig mit den Setzen des Merkers M1 wird der digitale Ausgang A2 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) gesetzt, der die Alarmeinheit (13), z. B. eine Hupe oder Blitzlampe, im Betrieb nimmt. Die Alarmeinheit (13) alarmiert das Servicepersonal der Anlage, was an der Anzeigeeinheit (12) die Funktionseinheiten ablesen kann, die die Speicherprogram­ mierbare Steuerung (10) als mögliche Verursacher einer erhöh­ ten elektromagnetischen Abstrahlung ermittelt hat. Wenn der Taster (14) betätigt wird, liegt an den digitalen Eingang E3 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) ein 1-Signal an. Durch die Betätigung des Tasters (14) wird die Alarmeinheit (13) außer Betrieb genommen und die Anzeigeeinheit (12) auf Null gesetzt. Ist kein Zeitglied Tx gesetzt, obwohl der Merker M1 betätigt ist, werden von der Speicherprogrammierten Steue­ rung (10) alle Ausgänge ermittelt, von deren angesteuerten Funktionseinheiten die elektromagnetische Abstrahlung über­ wacht werden soll, die zum Zeitpunkt des Setzens des Merkers M1 aktiviert sind. Diese Ausgänge werden durch die Anzeigeein­ heit (12) angezeigt und die Alarmeinheit (13) geht im Betrieb. Die Frequenzeinstellung des Oszillators (6) kann einmal auto­ matisch durch die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) oder manuell durch die Betätigung des Potentiometers (15) erfolgen. Bei der automatischen Abstimmung des Oszillators (6) liefert der analoge Ausgang A10 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) das Stellsignal. Der Schalter (16) darf bei der automa­ tischen Einstellung der Oszillatorfrequenz nicht betätigt wer­ den, so daß am digitalen Eingang E4 der Speicherprogrammier­ baren Steuerung (10) ein 0-Signal ansteht. Den Signalpegel am Ausgang A10, d. h. die Empfangsfrequenz des Funkmeßempfängers, kann die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) aus, im Pro­ gramm festgelegten, analogen oder digitalen Eingangssignalen, z. B. von ein Bedienpult, oder aus den Schaltzuständen der zu überwachenden Ausgänge und festgelegten Werte bilden. Zur ma­ nuellen Frequenzeinstellung des Oszillators (6) wird der Schalter (16) betätigt. Am Eingang E4 liegt daraufhin ein 1- Signal an, was zu einen 1-Signal am digitalen Ausgang A1 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) führt. Der Ausgang A1 steuert das Schütz K1 (17) an. Die Schaltglieder des Schützes K1 (17) werden betätigt. Der Öffner (19) des Schützes K1 (17) unterbricht die Verbindung zwischen A10 der Speicherprogram­ mierbaren Steuerung (10) und den Oszillator (6). Die automati­ sche Abstimmung des Oszillators (6) ist unwirksam. Der Schließer (18) des Schützes K1 (17) schließt und damit wird der Sig­ nalpegel des Potentiometers (15) für die Oszillatorfrequenz­ einstellung wirksam. Am Potentiometer (15) kann jetzt manuell die Empfangsfrequenz des Funkmeßempfängers eingestellt werden. Der Grenzwert mit denen die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) das digitalisierte Ausgangssignal des Funkmeßempfängers vergleicht, kann manuell oder automatisch eingestellt werden. Zur manuellen Grenzwerteinstellung wird der Schalter (20) be­ tätigt, was zu einen 1-Signal am digitalen Eingang E5 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) führt. Jetzt kann mit Hilfe des Potentiometers (21) ein Signal im Einheitssignalbe­ reich von 0-10 V DC eingestellt werden. Dieses Signal wird auf den analogen Eingang E2 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) geschalten. Die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) digitalisiert das analoge Signal von E2 und benutzt es als Grenzwert für alle zu überwachenden Ausgänge mit den dazugehörigen Funktionseinheiten, solange wie der Schalter (20) be­ tätigt ist. Bei einer automatischen Grenzwerteinstellung muß der Schalter (20) unbetätigt sein. Wird nur ein festprogram­ mierter Grenzwert für alle zu überwachenden Ausgänge mit den angesteuerten Funktionseinheiten verwendet, so ist dieser so­ lange wirksam, wie am Eingang E5 ein 0-Signal ansteht. Der festprogrammierte Grenzwert kann nur durch eine Programmände­ rung verändert werden. Werden mehrere Grenzwerte benötigt, so können diese festprogrammiert oder meßtechnisch erfaßt, ver­ arbeitet und gespeichert werden. Bei mehreren festprogrammier­ ten Grenzwerten, wird den zu überwachenden Ausgang eine Fest­ punktzahl zum Vergleich mit den digitalisierten Signal des Eingangs E1 zugeordnet. Diese Festpunktzahlen können durch Programmänderungen verändert werden und sind solange wirksam, wie am Eingang E5 ein 0-Signal ansteht. Die Grenzwerte für die einzelnen zu überwachenden Ausgänge können meßtechnisch er­ faßt, verarbeitet und gespeichert werden. Wird der Schalter (22) betätigt, was zu einen 1-Signal am digitalen Eingang E6 der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) führt und liegt am Eingang E5 ein 0-Signal an, beginnt die Speicherprogrammierba­ re Steuerung (10) die Messung, Verarbeitung und Speicherung der Grenzwerte. Die Speicherprogrammierbare Steuerung (10) subtrahiert von den momentanen Grenzwert eines zu überwachen­ den Ausgangs ein Festwert X. Das Ergebnis wird mit den digita­ lisierten Istwert des Eingangs E1 verglichen, wenn der zu überwachende Ausgang und das dazugehörige Zeitglied Tx ge­ setzt ist. Ist der Istwert von E1 während des Vergleichs größer, so wird der größte Betrag des Istwerts als neuer Spitzenwert von der Speicherprogrammierbaren Steuerung (10) zu den Festwert X addiert. Die Summe speichert die Speicher­ programmierbare Steuerung (10) als neuen Grenzwert für den zu überwachenden Ausgang. Die Messung, Bildung und Speicherung der Grenzwerte erfolgt solange, bis an dem Eingang E5 ein 1- Signal oder am Eingang E6 ein 0-Signal ansteht. Dann sind die letzten gespeicherten Grenzwerte wirksam. Die Speicherprogram­ mierbare Steuerung (10) kann die Ausgangssignale von mehreren Funkmeßempfängern verarbeiten. So können z. B. in einer Anlage ein Funkmeßempfänger für die Überwachung von Funktionseinhei­ ten innerhalb eines Schaltschrankes und einer für die Über­ wachung von Funktionseinheiten außerhalb des Schaltschrankes eingesetzt werden.

Claims (1)

1. Funkmeßempfänger zur Überwachung der elektromagnetischen Abstrahlung von elektrischen Funktionseinheiten einer Anlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssignale des Funkmeßempfängers der Anlagen­ steuerung, z. B. einer Speicherprogrammierbaren Steuerung oder ein Prozeßleitsystem, als Eingangssignale zugeführt werden, von deren gesteuerten elektrischen Funktionsein­ heiten die elektromagnetische Abstrahlung überwacht werden soll,
daß die Anlagensteuerung die Ausgangssignale des Funkmeß­ empfängers mit in ihrem Programm festgelegten Werte ver­ gleicht und anhand des Vergleichsresultates programmab­ hängige Operationen ausführt,
daß die im Programm der Anlagensteuerung festgelegte Zu­ ordnung welcher Wert zum Vergleich mit den Ausgangssigna­ len des Funkmeßempfängers verwendet wird, von den momenta­ nen Ausgangssignalen der Anlagensteuerung abhängt,
daß die Werte für die Vergleiche mit den Ausgangssignalen des Funkmeßempfängers fest programmiert oder, während ei­ nes eingeleiteten Programmablaufs, die momentanen Ausgangs­ signale des Funkmeßempfängers von der Anlagensteuerung er­ faßt und zu Vergleichswerten verarbeitet werden.