DE2001747A1 - Eingangsschaltung zur Stoerspannungsunterdrueckung - Google Patents

Description

• Eingangsschaltung zur Störspannungsunterdrückung Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung zur Absicherung von elektrischen Steuerungen gegen eingangsseitig eingekoppelte Störsignale.
• Integrierte digitale Steuerungselemente schalten sehr schnell.
• Während diese zigenschaft für viele Anwendungen, z.B. für Digitalrechner, erwünscht und vorteilhaft ist, ist sie bei anderen Anwendungsfällen, wie z.B. industriellen Steuerungen, oft nachteilig. Wegen der sehr kurzen Schaltzeiten können die Steuerungselemente auf induktiv oder kapazitiv eingekoppelte Störspannungen ansprechen, wodurch sich ein fehlerhafter Schaltzustand der Steuerung ergibt, der unbedingt vermieden werden muß.
• Steuerungsinterne Einkoppelungen sind durch den gedrängten Aufbau und die meist sehr kurzen elektrischen Verbindungswege der einzelnen Elemente relativ leicht zu vermeiden. Schwierigkeiten bereiten dagegen die auf den peripheren Leitungen eingekoppelten Störungen. Diese Leitungen zu den bleßfiihlern und anderen Eingabegliedern der elektronischen Steuerungen können viele Meter lang sein und dementsprechend hoch ist die Gefahr der Stör-Spannungseinkoppelung. Es ist bekannt, zur Sicherung gegen diese Störspannungen digitale Bauelemente mit einer gegenüber den üblichen integrierten Elementen (z.B. TTL-Logik) stark erhöhten statischen und dynamischen Störsicherheit (kapazitiv gegenkoppelbare DTLZ-Logik) einzusetzen. Jedoch sind die Elemente nennenswert teurer, was sich besonders bei umfangreichen Signalverknüpfungen bemerkbar macht. Aus diesem Grunde bestehen oft die Eingangs- und Ausgangsgiieder einer steuerung aus DTLZ-Elementen, während die innere Schaltung aus preiswerteren TTL-nlementen besteht. Verbunden werden die elemente durch tegelumsetzer.
• Eine andere Möglichkeit besteht darin, am Eingang der Logikschaltungen Dämpfungsgiieder anzubringen, die aus Widerständen und Kondensatoren bestehen. Weiterhin versucht man atursicherheit vom Eingang dadurch zu erreichen, daß man in der Nähe der elektronischen steuerung Koppelrelais' anbringt, wodurch die Gefahr der Störungsübertragung durch lange Leitungen vermindert wird.
• Alle beschriebenen Eingangsschutzschaltungen sind an verschiedene Signalspannungspegel anzupassen und die Störungsempfindlichkeit der Steuerungen erfordert zusätzlich eine sehr sorgfältig ausgeführte, spezielle externe Verkabelung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese flachteile der bisher bekannten «ingangsschutzschaltungen zu beseitigen. Gemaß der Erfindung wird deshalb eine Eingangsschutzschaltung vorgeschlagen, bei der das Eingangssignal über einen als Integrator geschalteten Verstärker auf die elektronische Steuerung eeben wird.
• Eine in dieser Weise ausgebildete Eingangsschutzschaltung für relativ langsame Steuerungen, wie sie z.B. in der Verfahrenstechnik meist zulässig sind, erhöht die statische und dynamische Störsicherheit der Steuerung nennenswert. Eine Anpassung der Eingangssignalregel ist in Bereich von 12 V bis 60 V, erweitert bis 110 V, nicht erforderlich. Auch eine spezielle Verkabelung erübrigt sich für die meisten Anwendungsfälle.
• Vorzugsweise wird für den Verstärker eine bipolare Spannung mittels zweier Zenerdioden erzeugt, so daP der Verstärker aufwärts und abwärts integrieren kann. Der Mittelpunkt der Zenerdioden dient zweckmäßig auch als Bezugspotential für die der Eingangsschaltung nachfolgenden Steuerschaltungen.
• Anhand der Figuren 1 und 2 soll die Erfindung erläutert werden.
• Bei der in der Figur 1 dargestellten Schutzschaltung wird als aktives Eingangsglied ein Operationsverstärker 1 benutzt, der durch den Kondensator 2 und den Widerstand 3 als Integrator wirkt. Die Betriebsspannung für den Operationsverstärker 1 wird nit Hilfe der Zenerdioden 4 und 5 erzeugt, die mit den Strombegrenzungswiderständen 6 und 7 zwischen den Punkten 8 und 9 in Reihe geschaltet sind. An den Punkten 8 und 9 liegt eine vorzugsweise aus den Drehstromnetz erzeugte Spannung U1.
• Der Mittelpunkt 10 zwischen den beiden zenerdioden 4 und 5 dient als Bezugspunkt für den als Integrator eschalteten O.erationsverstärker 1. Der Operationsverstärker kann dadurch aufwärts und abwärts integrieren, je nachdem ob der durch die Begrenzerdioden 11 geschützte Eingang des Operationsverstärkers 1 an die positive Seite 8 der Versorgungsspannung U1 (Schalter 12 geschlossen) oder über den Widerstand 13 an die negative Seite 9 von "1 angeschlossen ist.
• Der Mittelpunkt 10 zwischen den Zenerdioden 4 und 5, der noch durch den Kondensator 14 für Wechselspannung kurzgeschlossen ist, dient gleichzeitig als Bezugspunkt fr die Versorgungsspannung U2 der der Eingangsschutzschaltung nachfolgenden als Block dargestellten Steuerschaltungen 15. Die Spannung U2 ist geregelt und wesentlich kleiner als U,.
• Zwischen den Steuerschaltungen 15 und der Eingangsschaltung sind vorzugsweise noch die der Strom- und Spannungsbegrenzung des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 1 dienenden, aus dem Widerstand 16 und den Dioden 17 bestehenden Elemente vorgesehen. Außerdem ist beim Ausführungsbeispiel den Steuerschaltungen 15 noch die Triggerstufe 18 vorgeschaltet, die der Erzeugung einer schnellen Schaltflanke dient.
• In Figur 2 sind die Spannungsverhältnisse der erfindungsgemäßen Schaltung in einem Koordinatensystem dargestellt (Abszisse: Zeit t; Ordinate: Spannung U). Der Abstand der Nullinie 19 (Punkt 9 in Figur 1) von der Linie 20 (Punkt 8 in Figur 1) entspricht der Versorgungsspannung U1 für die Eingangsschutzschaltung. Der Linie 21 entspricht dem Mittelpunkt 10 zwischen den Zenerdioden 4 und 5, der als Bezugspunkt für die gegenüber U1 kleine Versorgungsspannung U2 (schraffierter Bereich 22) für die eigentlichen Steuerschaltungen 15 dient.
• Die Große der Störsicherheit der Steuerscha tungen ist durch den Abstand der Linien 21 von der Nullinie 19 gegeben (Doppelpfeil 23). Mit 24 und 25 sind noch zwei Linien bezeichnet, die dem Spannungsabfall am den Widerständen 6 und 7 entsprechen.
• Die statische Störsicherheit am Eingang der elektronischen Schaltung ist durch die Zenerdiode 5 gegeben und ist vorzugsweise größer oder gleich 10 V. Sie ist damit höher als jede andere bekannte statische Störsicherheit am Steuerungseingang.
• Die dynamische Störsicherheit am Eingang ist durch ein-£ache RC-Variation der elemente 2 und 3 beliebig einstellbar. Dadurch wird ein Störungseinfluß vom eingang her praktisch ausgeschlossen.
• Hierbei ist vorteilhaft, daß zum Erreichen einer großen Zeitkonstante der Widerstand 3 groß und der Kondensator 2 dementsprechend klein gewahlt werden können. Der den Kontaktstrom bestimmende Widerstand 13 kann unabhängig davon genügend klein gewählt werden. Durch den aktiven Verstärker im Steuerungseingang mit den Begrenzerdioden iilt ohne besondere Anpassungsmaßnahmen jede Signalspannung zwischen 12 V= und 110 V= zulässig, Weiterhin kann man die Versorgungsspannung der Eingangsstufen über größere Entfernungen durch die Anlage schleifen. Dies bringt den Vorteil, daß man die Versorgung der Eingangsstufen mit einem Anlagenteil abschalten kann, so daß im Abschaltfall keine Eingangssignale ansprecherl könnten. Ohne diese Möglichkeit sind zur Vermeidung von ungewollten Signaleingaben besondere 1chaltungsmaßnahmen c rforderlich.
• Die integrierende StuEß im Eingang unterdrückt auch auf einfache Weise den störenden Einfluß des Kontaktprellens von Kontakt-Signalgebern.

Claims (5)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E

   Eingagsschaltung zur Absicherung von elektrischen Steuerungen gegen eingangsseitig eingekoppelte Störsignale, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Eingangssignal über einen als Integrator geschalteten Verstärker (1) auf die elektronische Steuerung (15) gegeben wird.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß für den Verstärker (1) eine bipolare Spannung mittels zweier Zenerdioden (4,5) erzeugt wird.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Mittelpunkt (10) der Zenerdioden (4,5) als Bezugspotential für die nachfolgenden Steuerschaltungen dient.
4. 4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e -k c n n z e i c h n e t , daß das Ausgangssignal des Verstärkes (1) in einer Ausgangsschaltung mittels Dioien (17) auf die Betriebsspannung der naciifolgenden stufen begrent wird.
5. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, durch ek e n n z e i c h n e t , daß dem Verstärker (1) eine Triggerstufe (18) nachgeschaltet ist.