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Verfahren Ziln Erkennen von Fehlsignalen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Erkennen von Fehlsignalen in einkanaligen mit Binärsignalen arbeitenden
Schaltungen mit Halbleiterbauelementen durch Uberwachung zusammengehörender antivalenter
Signale.
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Beim Einsatz von Iialbleiterbauelementen in binären Steuerungen, beispielsweise
flir Schaltanlagen, Kraftwerke und Maschinen ist es nötig, Fehlsignale zu erkennen
und falsche Befehle zu vermeiden, die zu großen Schäden in den gesteuerten Anlagen
fuhren können.
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Zum Schutz gegen solche Fehler ist es bekannt, die ganze Steuerung
oder wesentlich Teile davon doppelt aufzubauen und sie mit valenten oder antivalenten
Signalen zu betreiben.
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Dieser Aufbau ist sehr aufwendig, dafür hietet er aber eine große
Sicherheit gegen nahezu alle Fehler, wenn die Valenz bzw. Antivalenz der Signale
dauernd kontrolliert wird, Besonders die Antivalenzkontrolle hat weite Verbreitung
gefunden. Hierbei wird in vielen Fellen durch Spannungsteiler
zwischen
den zu überwachenden Signalen eiii Mittelwertsignal gebildet, welches einen Trigger
zugeführt wirt, der jede den Toleranzbereich überschreitende Abweichung erkennt
und meldet. Bei jeder zulässigen Signalkombination bleibt das Mittelwertsignal erhalten.
Bei vielen Steuervorgängen, die langsam ablaufen, gi.bt es jedoch während der Laufzeit
Schaltzustände, in denen keine antivalenten Signale vol-liegen. Das Fehlermeldesignal
der Antivalenzkontrolle muß also länger als die maximal mögliche Laufzeit des langsamsten
Gerätes verzögert werden. Diese Zeit kann beispielsweise etwa eine Minute betragen.
Ein echter Fehler kann demnach auch erst nach Ablnuf dieser Wartezeit erkannt werden.
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Bei den möglichen Fehlern ist zwischen zwei Arten zu unterscheiden,
nämlich zwischen den kritischen und den unkritischen Fehlern. Zu den kritischen
Fehlern gehörcn alle die Fehler, die zu einen ungewollten oder gefährlichen Schaltbefehl
führen. Durch die unkritischen Fehler wird ein nn sich gewollter Befehl verhindert
bzw. beim Auftreten des Fehlers kein oder nur ein ungefährliches Signal abgegeben.
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Ein bekanntes Steuerungssystem ist so aufgebaut, daß die in den Bausteinen
auftretenden Fehler nur unkritische Signale in Form von 0-Signalen bewirken. Mit
diesem Steuersystem können Steuerungen einkanalig aufgebaut werden. Fehler, die
durch Drahtbruch, schlechte Kontaktgabe usw. entstehen, führen in diesem Steuerungssystem
nur zu unkritischen Fehlern, eine Ausnahme hiervon besteht bei den Nicht-Gliedern,
bei denen durch eine Störung in oder vor dem Bauelement ein
kritischer
Signal in Form eines L-Signals entstehen kann.
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Um hei besonders wichtigen Befehlen eine größere Sicherheit zu erhalten,
werden die Ausgänge zweikanalig aufgebaut und auf Antivalenz überwacht. Der hierfür
notwendige Aufwand ist jedoch immer noch beträchtlich, da mindestens eine spezielle
Transistor-Ausgangslogik, ein Spannungsteiler zur Erzeugung des Mittelwertsignales,
ein Trigger zur Kontrolle dieses Signales und ein Und-Glied zur Kettenbildung dieser
Überwacbungssignale notwendig sind. Die Überwachung einzelner Nicht-Glieder bzw.
binärer Eingangssignale ist auch sehr aufwendig.
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Es ist außerdem bekannt, antivalente Signale mit exklusiven Odcr-Verkniipfungen
zu überwachen. Neben dem großen Aufwand, den diese Verknüpfungen erfordern, sind
auch sie nur in der Lyse, eine Fehlermeldung ohne Unterscheidung zwischen kritischen
und unkritischen Fehlern abzugeben.
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Den hier erwähnten Valenz- oder Antivalenz-Kontrollsystemen ist gemeinsam,
daß sie sowohl kritische als auch unkritische Fehler erst nach Ablauf der Wartezeit
erkennen und melden.
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Mit der nachstehend beschriebenen Erfindung soll die Aufgabe gelöst
werden, für binäre Steuerungssysteme ein Verfahren zur Fehlerüberwachung zu schaffen,
welches nur unter Verwendung systemeigener Bauelemente arbeitet und dessen Einrichtungen
nur an den Stellen, an denen kritische Fehler auftreten können, eingesetzt zu werden
brauchen. Ferner sollen kritische Fehler spontan gemeldet werden, während
unklitiscle
Fehler erst nach Ablauf der Wartezeit erkennbar zu sein brauchen. Das Verfahren
zur Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß zusammengehörende
antivalente Signal e eines Gebers oder eines Verknüpfungselementes so auf je ein
Und- und Oder-Glied gefiihrt werden, daß bei LL-Signalfehlern das Und-Glied und
bei OO-Signalfehlern das Oder-Glied eine Fehlermeldung abgibt, aus der die Art des
Fehlers erkennbar ist.
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Dieses Verfahren hat also den überraschenden Effekt, daß mit einfachsten
systemeigenen Verknüpfungselementen eine Fehle#rkennung nach kritischen und unkritischen
Fehlern möglich ist. Systembediilgt können Icritische Fehler nur durch die binären
Signale von außen in die Steuerung gelangen oder an Urnkehrstufen in der Steuerung
entstehen.
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Folglich reicht die Anwendung des Verfahrens an den Ei iigängen und
den Umkehrstufen aus, um kritische Fehler (LL-Signal) spontan und unkritische Fehler
(OO-Signal) nach Ablauf der Wartezeit zu melden. innerhalb der Schaltungen ist dann
kein zweiter Kanal und eine weitere Uberwachung niehr notwendig. Durch die Anwendung
dieses Vorfahrens wird, besonders bei automatischen Steuerungen, wie z. B. Programmsteuerungen,
der Aufbau vereinfacht, die Sicherheit erhöht und die Erkennung kritischer Fehler
von der laufzeitbedingten Wartezeit unabhängig.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen durch
ein
Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Figur 1 zeigt die Einrichtungen, die für
die Fehlerüberwachung eines eldeschalters - beispielsweise eines langsam laufenden
Trennschalters - und eines Nicht-Gliedes erforderlich sind. In bestimmten Fällen
kann es zweckmäßig sein, am Ausgang einer Steuerung die angeschlossene Leitung und
das zu betätigende Schaltglied, z. B. ein Relais, ständig auf Funktionsfähigkeit
zu überprüfen. Ilierfür eignet sich die eingangs erwähnte Antivalenz-Kontrolle mit
Mittelwertsignalen und Trigger gut. Diese bekannte Ausgangssignalüberwachung läßt
sich vorteilhaft mit dem neuen Verfahren kombinieren, wie das Beispiel in Figur
2 zeigt.
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Auch der umgekehrte Weg, nämlich die Ankoppelung einer Fehlerüberwachung
nach dem neuen Verfahren an die Antivalenzkontrolle beispielsweise mit Mittelwertsignalen
und Trigger, ist nach der in Figur 3 gezeigten Anordnung möglich.
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Schließlich besteht auch noch die nicht dargestellte Möglichkeit,
verschiedene Verfahren zur Fehlerüberwachung erst unmittelbar an der Meldeeinrichtung
durch Und- bzw.
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Oder-Glieder zusammenzukoppeln.
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In Figur 1 ist ein Trennschalter 1 mit einem Meldeschalter 2 verbunden,
dessen lontakte 3 und 4 binäre Signale liefern, die auf Fehler hin überprüft werden
sollen, bevor sie in einer Steuerung 5 verarbeitet werden. Im Zuge der Steuerung
liegt
ein Nicht-Glied 6, welches ebenfalls auf Fehler iiberwacht werden soll. Kritische
Fehler werden durch Und-Glieder 7.1 und 7.2 erfaßt, die über ein Sammel-Oder-Glied
8 fiir zwei oder mehrere Meldungen auf eine Spontanmeldeeinrichtung 9 arbeiten,
von der aus Schaltmaßnahmen eingeleitet werden können Unkritische Fehler, die zunächst
nicht von einer gewollten Schalterbetätigung zu unterscheiden sind, werden durch
Oder-Glieder 10.1 und 10.2 erfaßt. Je zwei oder mehrere solcher Oder-Glieder werden
mit einem Sammel-Und-Glied 11 verbunden.
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Beliebig viele solcher Und-Glieder lassen sich den Anforderungen entsprechend
in Reihe schalten. hinter dem letzten Und-Glied folgt ein Zeitglied 12, weLches
die Wartezeit überbriickt.
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Nach Ablauf der Wartezeit wirrI eine Meldeeinrichtung 13 angeregt,
von der aus ehenfalls Schaltmaßnahmen eingeleitet werden können.
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Da alle Und-Glieder 11 in Reihe geschaltet sind ergibt sich auch bei
diesem neuen Verfahren eine sich selbst überwachende Kette. Durch einen Prüfkontakt
14 am Anfang der Kette kann deren Arbeitsweise kontrolliert werden.
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Im Betriebszustand, wenn der Kontakt 3 oder 4 geschlossen ist, liegt
an den Und-Glied 7.1 ein L-Signal und ein Signal an.
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Das Ausgangssignal ist demnach auch ein O-Signal. Die gleiche Eingangs-Signalkombination
liegt auch an den Eingängen des Oder-Gliedes 10.1, welches an seinem Ausgang daraufhin
ein L-Signal abgibt.
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Bei der Betätigung des Trennschalters 1 wird erst der Kontakt 3
geöffnet,
bevor am Ende der Laufzeit der "Ein"-Meldekontakt 4 schließt. in der Zwischenzeit
fiihren beide Eingänge beider Uberwachungsglieder O-Signal. Dcr Ausgang des Undfiliedes
7.1 bleibt auf O-Signal, während der Ausgang des Oder-Gliedes 10.1 nun auch O-Signal
fahrt. Dadurch fehlt den Und-Gliedern 11.1 bis 11.n je ein Eingangssignal. Der Ausgang
des letzten Und-Gliedes 11.n regt nun das Zeitglied 12 fiir die Wartezeit an.
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Durch das Schließen des Kontaktes 4 sind an den Und-Gliedern 11 wieder
alle Eingangssignale vorhanden, so daß das Zeitglied gestoppt wird. Erfolgt aus
irgendeinem Grund die Rückmeldung nicht innehalb der Wartezeit, dann wird eine entsprechende
Störungsmeldung abgegeben. Kritische Fehler liegen danIl voI, wenn beispielsweise
infolge eines Adernschlusses beide Meldeleitungen L-Signal fiihren, bzw. wenn durch
einen inneren Fehler des Nicht-Gliedes der Eingang und der Ausgang mit L-Signal
belegt sind. In einem solchen Fall sind die Eingangsbedingungen eines der Und-Glieder
7 erfüllt. Über das Sammel-Oder-Glied 8 wird spontan eine Störungsmeldung an die
Spontan-Meldeeinrichtung 9 abgegeben.
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Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, den Ausgang des Zeitgliedes
12 auf einen Eingang des Sammel-Oder-Gliedes 8 zu schalten und damit die Meldeeinrichtung
13 einzusparen. Die Sontan-Meldeeinrichtung 9 dient dann außer zur Spontanmeldung
auch zur verzögerten Störungsmeldung.
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Bei den bisher behandelten Anwendungen handelte es sich um Schaltungen
ohne Speicherverhalten. Bei Schaltungen mit
Speicherverhalten steckt
in jedem Speicherelement auch ein Nicht-Glied, durch das kritische Fehler erzeugt
werden können. Daher ist es zweckmäßig, an die beiden Speicher ausgänge eine Uberwachungseinheit
anzuschließen, um Fehler, die im Speicher selbst entstehen, erkennen zu können.
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Aiis Wirtschaftlichkeitsgriinden kann es ausreichend sein, nicht in
jedem Fall eine Uberwachung auf k itische und unkritische Fehler, sondern nur auf
kritische Fehler vorzunehmen. Unkritische Fehler äußeren sich dann dadurch, daß
bestimmte Teile der Schaltung keine Befehle mehr abgeben.
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In Figur 2 ist eine Transistor-Ausgangslogik 14 einer Relaisansteuerung
mit Antivalenzkontrolle zur Lcitungsiiberwachung dargestellt, die mit der Uberwachungseinrichtung
nach Figur 1 zusammenarbeitet. Da in allen betriebsmäßigen Schaitzuständen der Trigger
ein Mittelwertsignal erhält, liefert sein Ausgang 14.1 im ungestörten Betrieb ein
Signal und ist daher an das Sammel-Oder-Glied 8 anzuschließen. Bei einer Störung
wird spontan eine Meldung abgegeben.
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Auch in anderer Weise läßt sich das neue Verfahren mit der bekannten
Antivalenzkontrolle kombinieren, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
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Zwischen dem Ausgang des Zeitgliedes 12 und dem Ausgang für spontane
Störungsmeldungen des Sarmnel-Oder-Gliedes 8 wird ein Spannungsteiler 15 geschaltet,
dessen Mittelanzapfung mit
e.Lnem Meßtrigger 16 verbunden ist,
der die Spontan-Meldeeinrichtung 9 steuert. Die Verschiebung des Mittelwertes erfolgt
bei L-Signal am Ausgang des Sammel-Oder-Gliedes 8 spontan und be.i Signal am Ausgang
des Sammel-Und-Gliedes 11 verzögert. Damit wird erreicht, daß auch bei dieser Anordnung
mit nur einer Spontan-Meldeeinrichtung 9 spontane und verzögerte Störungsmeldungen
abgegeben werden können.
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9 Seiten Beschreibung 6 Patentansprüche 1 Blatt Zeichnungen mit 2
Figuren