DE2151162C2 - Einrichtung zur Funktionsüberwachung der Regelstränge eines analogen dreikanaligen Regelsystems - Google Patents

Description

— daß den einzelnen Mittelwertbildern (z. B. 1 —4) jeweils sämtliche Regelstrangsignale (Si, 52, S3) über rückwirkungsfreie Übertragungseinrichtungen (5—7) zurückgeführt sind,

— daß von einer in einem Prüfgerät (14) enthaltenen ersten Prüfsigiialquelle (18) erste Prüfsignale (PSi) an die Eingänge der rückwirkungsfreien Übertragungseinrichtungen (5—7) abgebbar sind und daß diesbezüglich erste Antwortsignale (ASi) an den Ausgängen der Mittelwertbildner (z. B. 1 —4) abnehmbar sind,

— daß von einer im Prüfgerät (14) enthaltenen zweiten Prüfsignalquelle (19) zweite Prüfsignale (PS 2-PS 7) an die Eingänge der als Schwellwertschalter ausgebildeten Vergleichsschaltung (8—10) anlegbar sind und daß an deren jeweiligem Ausgang ein entsprechendes zweites Antwortsignal (AS2—AS7) abnehmbar ist,

— daß die ersten und die zweiten Antwortsignale (ASi-AS7) zur Auswertung in das Prüfgerät (14) rückgeführt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als rückwirkungsfreie Übertragungseinrichtungen (5—7) Entkopplungsverstärker vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Schrittschaltwerk

(16) gesteuerte Schalter einer Schalteranordnung to

(17) zur Verbindung der ersten Prüfsignalqueile (18) und der zweiten Prüfsignalquelle (19) mit den Eingängen der rückwirkungsfreien Übertragungseinrichtungen (5—7) sowie zur Zuführung der ersten Antwortsignale (AS 1) und der zweiten Antwortsignale (AS 2—AS 7) zu Grenzwertmeldern (20) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Prüfsignalquelle (18) als Mittelfrequenzsignalquelle ausgeführt w ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweite Prüfsignalquelle (19) in Verbindung mit einem Spannungsteiler (21, 22) zwei Impulsspannungen verschiedener Amplitude abgebbar sind.

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines analogen dreikanaligen Regelsystems gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine derartige Einrichtung geht aus der DE-Zeitschrift BBC-Nachrichten, Juni 1961, Seiten 356 bis 361 hervor. Bei dieser bekannten Funktionsüberwachungseinrichtung läßt sich jedoch während des Betriebs des Regelsystems eine Prüfung auf innere Fehler nicht vornehmen, ohne daß es zu einer Fehlermeldung und damit verbundener Abschaltung kommt, wie sie zwar im Falle einer Strangstörung erfolgen soll, jedoch für den FaIi der reinen Funktionsprüfung unnötig, vom Sicherheilsaspekt sogar gefährlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Funktionsüberwachung der Regelstränge eines analogen dreikanaligen Regelsystems der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch während des Betriebes des Regelsystems die einzelnen wesentlichen Elemente desselben sowie die Überwachungseinrichtung selbst funktionsmäßig geprüft werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung samt ihrer weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, soll nun im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden.

Fig. I zeigt drei mit KKi, KK2 und KK3 bezeichnete Kontroll- und Korrekturglieder, welche von Re_t;elstrangsignalen Si, 52 und 53 (Ausgangssignaie dreier in drei parallelen Regelsträngen angeordneter, jedoch nicht weiter dargestellter Regelkreisglieder) parallel beaufschlagt werden. Jedes dieser drei Korrekturglieder KK 1, KK 2. KK3 ist völlig gleichartig aufgebaut, so daß es genügen kann, deren Funktionsweise anhand des ersten Korrekturgliedes KK1 zu erläutern. Dieses erste Korrekturglied KK 1 enthält einen Mittelwertbildner 1 bis 4, der aus drei einseitig miteinander verbundenen Widerständen 1,2,3 besteht, deren Verbindungspunkt an einen Impedanzwandler 4 angeschlossen ist und welche an ihren anderen Enden über Relaiskontakte a bis c von den Regelstrangsignalen 51, 52 und 53 beaufschlagt werden, und zwar nicht direkt, sondern über als rückwirkungsfreie Übertragungseinrichtungen arbeitende Entkopplungsverstärker 5,6 und 7, wobei der dem zweiten Regelstrangsignal 52 zugeordnete zweite Entkopplungsverstärker 6 dem zweiten Korrekturglied KK 2 und der dem dritten Regelstrangsignal 53 zugeordnete dritte Entkopplungsverstärker 7 räumlich im dritten Korrekturglied KK 3 angeordnet ist. Es wäre selbstverständlich auch möglich, die Entkopplungsverstärker 5, 6 und 7 alle gemeinsam im ersten Korrekturglied KK 1 anzuordnen, es müßten dann aber jedem der Korrekturglieder KK 1, KK 2, KK 3 sämtliche Regelstrangspannungen 51, 52 und 53 zugeführt werden. Die Eingänge eines Schwellwertschalters 8 sind mit den Ausgängen der Entkopplungsverstärker 5 und 6 verbunden, während die Eingänge eines zweiten Schwellwertschalters 9 mit den Ausgängen der Entkopplungsverstärker 5 und 7 und die Eingänge eines dritten Schwellwertschalters 10 mit den Ausgängen der Entkopplungsverstärker 5 und 6 verbunden sind. Sämtliche der drei Schwellwertschalter 8 bis 10 haben dieselbe in ihren Blocksymbolen dargestellte Charakteristik, so daß jeweils zwei dieser Schwellwertschalter ein negatives, und damit ein Abfallen eines ihnen jeweils nachgeschalteten Relais A bis Cbewirkendes Ausgangssignal führen, falls sich ein Regelstrangsignal 51,5 2,5 3 infolge einer Störung von den beiden übrigen unterscheidet. Bleibt jedoch die an den Eingängen der Schwellwertschalter 8 bis 10 auftretende Spannung innerhalb eines kleinen Schwellwertbereiches, was für den ungestörten Betrieb gilt, in dem die drei

Regelstrangsignale 51, 52 und 53 annähernd gleiche Größe aufweisen, so führen die Ausgänge der Schwellwertschalter 8—10 eine positive Spannung, welche die ihnen nachgeschalteten Relais A, B bzw. C zum Ansprechen bringt Diesem Zustand Entspricht die in F i g. 1 dargestellte Lage der Relaiskontakte a bis c So würde beispielsweise bei einer Störung im das erste Regelstrangsignal 51 führenden Regelstrang die Ausgänge der Schwellwertschalter 8 und 10 negative Ausgangssignale führen, so daß die Relais A und C ι ο abfallen und so das erste Regelstrangsignal 51, bzw. das Ausgangssignal des ersten Entkopplungsverstärkers 5 im ersten Korrekturglied KK 1 abschalten würden. Da der Impedanzwandler 4 einen praktisch unendlich großen Eingangswiderstand aufweist, wird am Verbindungspunkt der Widerstände 1,2,3 im ungestörten Fall der Mittelwert der drei (gleichen) Ausgangsspannungen der Entkopplup.gsverstärker 5,6 und 7, bei Abschaltung eines der Regelstrangsignale 51, 52 und 53 der Mittelwert aus den beiden ungestörten Äegelstrang-Signalen erscheinen.

Die Eingänge der Schwellwertschalter 8 bis 10 sind nun einerseits jeweils über hochohmige Widerstände R an zweite Prüfsignale PS 2 bis PS 7 führende Prüfsignalklemmen und über im Vergleich hierzu sehr niederohmige Widerstände rmit den Ausgängen der Entkopplungsverstärker 5 bis 7 angeschlossen, während die Ausgänge der Schwellwertschalter 8 bis 10 mit zweite Antwortsignale Λ52 bis AS7 führende Abfragesignalklemmen verbunden sind. Wird beispielsweise an die das zweite «> Prüfsignal P52 führende Prüfsignalklemme ein Gleichstromsignal solcher Größe gelegt, daß ihr im Eingang des ersten Schwellwertschalters 8 wirksamer, durch den Spannungsteiler aus dem hochohmigen Widerstand R und dem niederohmigen Widerstand r bestimmter ^ Bruchteil sich gerade noch innerhalb der Ansprechgrenzen des ersten Schwellwertschalters 8 befindet, dann kann durch Überwachung der Abfragesignalklemme für die zweiten Antwortsignale AS 2 überprüft werden, ob die den niederohmigen Widerstand r enthaltende Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Entkopplungsverstärkers 5 und dem Eingang des ersten Schwellwertschalters 8 intakt ist oder nicht. Bei einem Bruch dieser Verbindungsleitung würde diese nicht mehr den niederohmigen Widerstand r, sondern einen ⁴' unendlich hohen Widerstand aufweisen und das an der Prüfsignalklemme anliegende zweite Prüfsignal P52 würde in weitaus größerem und somit die Ansprechschwelle des ersten Schwellwertschalters 8 übersteigenden Maße wirksam und so diesen zum Ansprechen >" bringen. Die Funktionsfähigkeit des ersten Schwellwertschalters 8 kann andererseits dadurch überprüft werden, daß an die Prüfsignalklemme für die zweiten Prüfsignale PS 2 bzw. PS3 ein wesentlich stärkeres, einen intakten Schwellwertschalter mit Sicherheit zum Ansprechen ⁵> bringendes Gleichstromsignal gelegt wird, worauf bei intakten Schwellwertschalter eine entsprechende Signaländerung an der Abfragesignalklemme für die zweiten Antwortsignale AS 2 bzw. AS 3 erscheinen müßte. Die im Zusammenhang mit dem ersten Schwellwertschalter 8 beschriebenen Prüfmöglichkeiten gelten natürlich in gleicher Weise für die übrigen Schwellwertschalter 9 und 10 und bestehen ebenso für die in den übrigen Korrekturgliedern KK 2 und KK 3 angeordneten Schwellwertschalter. <>5

Im ersten Korrekturglied KK 1 sind noch Anzeigelampen 11, 12 und 13 vorgesehen, welche in Reihe mit Widerständen und Kontakten a. b. cder Relais A. B, Cin Reihe an einer negativen Speisegleichspannung — U liegen. AbfragesignaikJemmen für die zweiten Antwortsignale AS 5 bis Λ57 dienen zur Überwachung der Funktionsbereitschaft der Anzeigelampen 11,12 und 13 bzw. der Überprüfung einer ordnungsgemäßen Kontaktgabe der Kontakte a, b, c nach einem gewollt herbeigeführten Ansprechen eines der Schwellwertschalter 8 bis 10.

Wesentlich bei dieser Funktionsprüfung der Schwellwertschalter 8 bis 10 samt der ihnen nachgeordneten Relais A, B, C ist, daß diese den normalen Betrieb des mehrkanaligen Regelsystems völlig unbeeinflußt läßt, da durch die zweiten Prüf signale P52 bis PS 7 jeweils nur ein einziger der Schwellwertschalter 8 bis 10 zum Ansprechen gebracht wird und somit auch nur einer der Kontakte a, b oder c betätigt wird.

Durch die Verwendung der Entkoppelverstärker 5 bis 7 ist auch keine störende Beeinflussung der in den anderen Regelsträngen wirkenden Korrektur KK 2 und KK 3 zu erwarten.

Im ersten Korrekturglied KK1 ist weiterhin eine Prüfsignalklemme für erste Prüfsignale PS 1 vorgesehen zur Einspeisung eines Wechselstromsignals von so hoher Frequenz, daß die Regelstrecke diesem nicht zu folgen vermag und dieses somit die Regelung nicht beeinflußt. Wenn an der mit dem Ausgang des Impedanzwandlers 4 verbundenen Abfragesignalklemme für die ersten Antwortsignale AS 1 bei Einspeisung mit einem solchen Mittelfrequenzsignal nun eine diesem gleichfrequente Wechselspannungskomponente erscheint, deren Amplitude jedoch nur den dritten Teil der Amplitude der eingespeisten Spannung beträgt, dann arbeitet der Mittelwertbildner 1 bis 4 ordnungsgemäß. Auf diese Weise kann also auch die Mittelwertbildung auf ihre funktionsgerechte Arbeitsweise überprüft werden.

In F i g. 2 ist der prinzipielle Aufbau eines an die ersten und zweiten Prüfsignalklemmen für die ersten und zweiten Prüfsignale P51 bis PS 7 und des an die ersten und zweiten Abfragesignalklemmen für die ersten und zweiten Antwortsignale ASi bis AS 7 anzuschließenden Prüfgerätes 14 veranschaulicht. Im dargestellten Beispiel soll eine Funktionsüberwachung des ersten Korrekturgliedes KK1 erfolgen. Das Prüfgerät 14 besteht im wesentlichen aus einem von den Ausgangsimpulsen eines Taktgebers 15 weitergeschalteten Schrittschaltwerk 16, dessen Ausgangssignale nach einer festlegbaren Reihenfolge einzelne Schalter einer Schalteranordnung 17 betätigen, weiche eine erste Prüfsignalquelle 18 und eine zweite Prüfsignalquelle 19 mit den ersten und zweiten Prüfsignalklemmen für die ersten und zweiten Prüfsignale P51 bis P57 und andererseits erste und zweite Abfragcsignalklemmen für die ersten und zweiten Anwortsignale AS 1 bis Λ57 mit verschiedenen Grenzwertmeldern verbinden, womit dann die sich bei den einzelnen Elementen als Reaktion auf die diversen Prüfsignale PS 1 bis P57 ergebenden Schaltzustände abgefragt und so die Funk'.ionstüchtigkeit des betreffenden Bauteiles überprüft werden kann. Ein am Ausgang eines Grenzwertmelders 20 auftretendes Fehlersignal F deutet auf ein fehlerhaftes Bauteil hin, welches dann bei sofortigem Anhalten des Schrittschaltwerkes — beispielsweise durch Unterbrechung der Weiterschaltimpulse des Taktgebers 15 — ohne weiteres lokalisiert werden kann. Bei der ersten Prüfsignalquelle 18 kann es sich um einen üblichen rotierenden oder auch statischen Mitielfrequenzgenerator handeln, dessen Ausgangssignal nacheinander den

Prüfsignalklemmen für die ersten Prüfsignale PS 1 der Korrekturglieder KK 1, KK 2 und KK 3 zugeführt wird, so daß damit alle drei Eingänge des im ersten Korrekturglied KK 1 befindlichen Mittelwertbildners 1 bis 4 überprüfbar sind. Die zweite Prüfsignalquelle 19 ■-, liefert Gleichspannungsimpulse, welche über Schalter einmal in voller Höhe und einmal mit durch einen Spannungsteiler aus Widerständen 21 und 22 verminderter Amplitude über Schalter an die Prüfsignalklemmen für die zweiten Prüf signale PS 2 bis PS 7 des ersten κι Korrekturgliedes KK 1 weitergegeben werden.

F i g. 3 zeigt eine für die Zwecke der leichten Überprüfbarkeit bevorzugte Ausführungsform der Schwellwertschalter 8 bis 10. Diese sollen beim Überschreiten eines bestimmten, symmetrisch zum r> Bezugspotential, liegenden SchweHwertbereiches ein Ansprechen eines Relais bewirken, wobei es bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform als Vorteil anzusehen ist, daß das Ausgangssignal des Schwellwertschalters für jede Polarität eines die Ansprechwellen übersteigenden Eingangssignals ein und dieselbe Polarität aufweist, was die Abfrage wesentlich vereinfacht. Im einzelnen besteht der Schwellwertschalter 8 bis 10 aus einem Differenzverstärker 23, zwischen dessen beiden mit — und -I- bezeichneten Eingänge zwei in Reihe :s geschalteten Dioden 24 und 25 geschaltet sind. Die Dioden 24 und 25 sind an zwei jeweils aus Widerständen 26 und 27 bestehenden Spannungsteilern angeschlossen und damit in Durchlaßrichtung vorgeflutet. Der Eingang des Differenzverstärkers 23 ist damit mit einer der jo Summe der Schleusenspannungen der beiden Dioden 24 und 25 entsprechenden Eingangsspannung so beaufschlagt, daß ein Ausgangssignal seinen maximalen positiven Wert einnimmt und damit das dem Differenzverstärker 23 nachgeordnete Relais A zum Ansprechen bringt. Die Anode der Diode 25 ist über einen Widerstand 28 mit dem Ausgang eines weiteren Differenzverstärkers 29 verbunden, welcher den Eingangskreis des ersten Schwellwertschalters 8 bildet. Für den Fall, daß zwischen seinen beiden mit 30 und 31 bezeichneten Eingangsklemmen keine Spannung erscheint, weist der Ausgang des weiteren Differenzverstärkers 29 Null- bzw. Bezugspotential auf und der Ausgang des Differenzverstärkers 23 hat seinen maximalen positiven Wert. Überschreitet jedoch das Ausgangssignal des weiteren Differenzverstärkers 29, ausgehend von Null- bzw. Bezugspotential den Wert der Schleusenspannung einer der Dioden 24 oder 25 in der einen oder anderen Richtung, dann wird eine dieser Dioden 24 oder 25 gesperrt und die Polarität des am Eingang des Differenzverstärkers 23 herrschenden Eingangssignals kehrt sich um, worauf hin das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 23 seinen maximalen negativen Wert einnimmt und dieser Zustand durch eine über einen Relaiskontakt 32 und eine Diode 33 führenden Mitkopplungsweg aufrechterhalten bleibt, bis durch öffnen des Relaiskontaktes 32 nach einer entsprechenden Befehlsgabe im Prüfgerät 14 diese Selbsthaltung aufgelöst wird. Da die maximale negative Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 23 nur geringfügig kleiner ist als die Speisespannung — U und zudem in der Verbindungsleitung zwischen dem Differenzverstärker 23 und dem Relais A eine Zenerdiode 34 vorgesehen ist, wird das Relais A beim maximalen negativen Wert der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 23 abfallen. Eine Freilaufdiode 35 dient dabei zur Verhinderung von schädlichen Überspannungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Funktionsüberwachung der Regelstränge eines analogen dreikanaligen Regelsystems, bestehend aus drei Mittelwertbildern, deren Eingängen' regelstrangproportionale Spannungen zuführbar sind, welche in Abhängigkeit von Ausgangssignalen von den Regelsträngen zugeordneten Vergleichsschaltungen abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet,