DE2203307C2

DE2203307C2 - Anordnung zum Überwachen von Leitungsbruchen

Info

Publication number: DE2203307C2
Application number: DE2203307A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 6729 Maximiliansau Grunwald; Wolfgang Dipl.Ing. 7500 Karlsruhe Pitsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-01-25
Filing date: 1972-01-25
Publication date: 1973-11-29
Also published as: FR2169185A1; NL7300890A; JPS536865B2; DE2203307B1; JPS4884678A; FR2169185B3; DE2203307A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Über- für die Meßsignale anschließbar sind, ebenfalls zentral wachen von Leitungsbrüchen in einem einen kleinen angeordnet und damit alle an die zentrale Verarbei-Innenwiderstand aufweisenden Meßkreis, dem eine tungseinrichtung angeschlossenen Meßkreise überzeitweise arbeitende Weiterverarbeitungseinrichtung 60 wachen können.

für die Meßsignale nachgeschaltet ist, deren Arbeits- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

zeiten aus einer Vorbereitungszeit und einer darauf- löst, daß am Eingang der Weiterverarbeitungseinrichfolgenden Meßzeit zusammengesetzt sind. Meßkreise tung ein Kondensator liegt, der in den Arbeitspausen mit kleinem Innenwiderstand sind z. B. solche mit der Weiterverarbeitungseinrichtung von einer Koneinem Thermoelement als Meßwertgeber. Während 65 stantspannungsquelle aufgeladen wird und dessen der Vorbereitungszeit der Weiterverarbeitungseinrich- Kapazität so bemessen ist, daß er bei nicht untertung werden Wahl- und Meßbereichsschalter betätigt brochenem Meßkreis über diesen während der Vor- und Einschwingvorgänge abgewartet. bereitungszeit der Weiterverarbeitungseinrichtung ent-

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laden wird und daß bei unterbrochenem Meßkreis eine allel geschaltet ist. Dieser Kondensator kann über einen Ladespannung aufrechterhalten wird, die während der Schalter 51 von einer Konstantspannungsquelle U^ Arbeitszeit über einem in der Weiterverarbeitungsein- aufgeladen werden. Am Ausgang des Verstärkers .1 richtung eingestellten Schwellwert 'iegt. liegt ein Spannungsteiler Al₁ R2, von dessen Abgriff

Weiterverarbeitungseinrichtungen sind im ällge- ö eine Gegenkopplungsspannung über den Kontakt meinen Anzeigevorrichtungen oder Analog-Digital- SlIb dem Meßkreis zugeführt wird. Ferner ist dem Umsetzer. Letztere werden häufig so betrieben, daß sie Verstärker Vl ein Analog-Digital-Umsetzer ADU erst auf einen Befehl hin das vom Meßkreir gelieferte nachgeschaltet, der das dem Verstärker Vl zugefuhrte Meßsignal verschlüsseln. Sind mehrere Meßkreise an Meßsignal verschlüsselt und in digitaler Form einer den Analog-Digital-Umsetzer anschließbar, so ist eine io Ablaufsteuerung ABS zuführt. Diese steuert nicht nur andere Betriebsart praktisch nicht möglich. Die neue den Verschiüsselungsvorgang, sondern auch die Pru-Überwachungseinrichtung arbeitet dann in der Weise, fung, ob in einem der an die Sammelleitungen SL angedaß, wenn kein Verschlüsselungsbefehl, also eine schlossenen Meßkreise die Leitung L oder der Meß-Arbeitspause der Weiterverarbeitungseinrichtung vor- wertgeber M WG unterbrochen ist. Diese Meß- und liegt, der Kondensator an der Konstantspannungs- '.5 Prüfvorgänge werden eingeleitet, indem der Ablaufquelle liegt. Trifft ein Befehl ein, so wird er mit Beginn steuerung ABS von einer zentralen Einheit ein entder Vorbereitungszeit der Weiterverarbeitungsvorrich- sprechender Befehl mit der Adresse des Meßkreises, tung von der Konstantspannungsauelle getrennt und von dem ein Meßsigrial in digital verschlüsselter Form an den Meßkreis angeschlossen. Ist dieser nicht unter- ausgegeben werden soll, zugeführt wird. Zuvor hatte brachen, so entlädt sich der Kondensator über ihn. ao sie schon mit dem Ende der letzten Arbeitszeit zur Mit Beginn der Meßzeit wird die Weiterverarbeitungs- Zeit /₀ (F i g. 2) den Schalter 51 geschlossen, so daß einrichtung für die Bearbeitung des Meßsignals einge- der Kondensator C auf die Ausgangsspannung der schaltet. Ist der Meßkreis unterbrochen, so bleibt der Konstantspannungsquelle J7₀ aufgeladen ist. Gleich-Kondensator auf einer Spannung aufgeladen, welche zeitig wurden sämtliche Schalter des Meßkreiswählers die Weiterverarbeitungseinriehtung übersteuert und 25 MW geöffnet. Das Diagramm ill der F i g. 2 zeigt die daher von dieser erkannt und als Leitungsbruch inter- öffnungs- und Schließzeiten des Schalters 511, wobei pretiert werden kann. mit ζ der Zustand, in dem der Schalter geschlossen ist,

Vorteilhaft enthält die Weiterverarbeitungseinrich- und mit ο der geöffnete Zustand bezeichnet ist. Enttung am Eingang einen Verstärker, der einen Gegen- sprechend sind im Diagramm s\ die öffnungs- und kopplungskreis für das Meßsignal aufweist, wobei der 30 Schließzeiten des Schalters SI dargestellt. Das Dia-Kondensator so an den Verstärkereingang geschaltet gramm vz zeigt, in welchem Zeitabschnitt der Analogist, daß die Ladespannung nicht gegengekoppelt ist. Digital-Umsetzer arbeitet. Zwischen den Zeitpunkten t₀ Auch ist es zweckmäßig, zwischen dem Meßkreis und r_x verschlüsselt demnach der Analog-Digital-Um- und dem Kondensator einen Schalter anzuordnen, setzer nicht, der Schalter SI ist geschlossen und der welcher während der Aufladezeiten des Kondensators 35 Schalter SIl geöffnet. Trifft nun ein Verschlüsselungsgeöffnet und während der Entladezeiten des Konden- befehl in der Ablaufsteuerung /ISS ein, so öffnet diese sators und den Arbeitszeiten der Weiterverarbeitungs- nicht nur den Schalter SI, sondern sie gibt die Adresse einrichtung geschlossen ist. In einer solchen Anord- des angewählten Meßkreises an einen Decodierer DEC nung bleibt der Meßkreis stets von der Konstantspan- weiter, der die zu diesem gehörenden Schalter SIIa nungsquelle getrennt. Die neue Überwachungsanord- 40 und Silo des Meßkreiswählers MW schließt. Die nung eignet sich besonders zum Einsatz in Anlagen, in Schalter SI und SII schalten demnach im Gegentakt, denen eine zentrale Weiterverarbeitungseinrichtung Die Spannung der Konstantspannungsquelle CZ₀ ist

wahlweise an einen von mehreren Meßkreisen ange- so hoch, daß sie den Verstärker Vl übersteuert, d. h., schlossen werden kann. In diesem Falle dient der sie bewirkt eine Ausgangsspannung des Verstärkers, zwischen dem Kondensator und den Meßkreisen ange- 45 die größer ist als die Ausgangsspannungen, die bei den ordnete Schalter auch als Meßkreiswähler, und der normalerweise auftretenden Meßspannungen entste-Kondensator kann in den Zeiten aufgeladen werden, hen; die Ausgangsspannung U_A erreicht den Höchstdie ohnedies zur Adressierung der Meßkreise und Um- wert U_Amax- Da die Kondensatorspannung nicht geschaltung des Meßstellenwählers notwendig sind. gengekoppelt ist, wird sie mit der hohen Leerlaufver-An Hand der Zeichnung werden im folgenden die 50 Stärkung verstärkt. Es genügen daher einige Millivolt Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen Spannung, um den Verstärker zu übersteuern. Anders näher beschrieben und erläutert. verhält es sich mit der Spannung Ue des Meßwertin F i g. 1 ist das Prinzipschaltbild eines Ausfüh- gebers. Sie wird praktisch nur mit dem Faktor rungsbeispiels der Erfindung dargestellt; (Al + RI)IRl verstärkt. Es sei angenommen, daß der in Fig. 2 ist in Diagrammen die Funktion der 55 Verstärker Vl driftfrei ist und beim Eingangssignal Schaltung nach F i g. 1 veranschaulicht. Null die Ausgangsspannung ebenfalls Null ist. Im In F i g. 1 ist mit MWG das Ersatzschaltbild eines Zeitpunkt Z₁, in dem die Schalter SII geschlossen und Meßwertgebers und mit L das einer vom Meßwert- der Schalter SI geöffnet wird, beginnt der Kondengeber zu einem Meßkreiswähler MW führenden Lei- sator C sich über die Kontakte SIIa und SII6, die tung bezeichnet. Der Meßwertgeber und die Leitung L 6° Kontakt- und Leitungswiderstände Rs, den Meßwertbilden einen Meßkreis. Dieser ist über einen Schalter geber MWG mit dem Innenwiderstand Ri und den SII mit den Kontakten SIIa und SII* an Sammel- Spannungsteilerwiderstand R2 zu entladen. Vernachleitungen SL anschließbar. Ober weitere, nicht be- lässigt man die Leitungskapazität Cl und den Ableitzeichnete Schalter des Meßkreiswählers können andere widerstand R_L der Leitung, so beträgt die Entladezeit-Meßkreise mit den Sammelleitungen SL verbunden 65 konstante werden. T₀ = C · (2Rs + R2 · Ri).

An die Sammelleitungen SL ist ein Verstärker Vl
angeschlossen, dessen Eingang ein Kondensator C par- Zunächst entlädt sich der Kondensator mit der oben

angegebenen Zeitkonstante so, als ob er auf eine Spannung umgeladen würde, für welche die Beziehung gilt:

Rl

End = —

RX + Rl

Ua,

Die Spannung Ue ist dabei die vom Meßwertgeber MWG abgegebene Meßspannung. Die maximale Eingangsspannung / UEmax I, bis zu der der Verstärker VX nicht begrenzt, beträgt bei der Gegenkopplung mit dem Spannungsteiler RXjR2:

Ue,,

Rl

Rl+ Rl

Liegt die Eingangsspannung Ue zwischen 0 und + Uemax, so liegt demnach der genannte virtuelle Endwert der Kondensatorspannung zwischen 0 und

— UEmax. Liegt die Eingangsspannung zwischen 0 und

— UEmax, so ist der Endwert der Kondensatorspannung zwischen — UEmax und —lUEmaz- Dieser Endwert hat also unabhängig von der Polarität der Meßspannung immer eine zur Spannung der Konstantspannungsquelle U₀ entgegengesetzte Polarität, so daß beim Entladevorgang des Kondensators dessen Spannung nach einer gewissen Zeit gegen Null geht. Diese Zeit vom Schließen des Schalters 511 bis zum Erreichen des Nulldurchgangs ist von der Polarität der Meßspannung Ue abhängig und wird unendlich, wenn die Meßspannung gleich +UEmax ist. Kurz vor Erreichen des Nulldurchgangs der Kondensatorspannung ist der Verstärker VX nicht mehr übersteuert, und seine Ausgangsspannung schwingt auf einen Endwert ein, der nur noch von der Meßspannung Ue und der mittels des Spannungsteilers RXjRl eingestellten Verstärkung abhängig ist.

Die oben beschriebene Zeitkonstante T₀ für den Entladevorgang des Kondensators C muß genügend klein sein, damit auch im ungünstigsten Fall der Entladevorgang und der Einschwingvorgang auf die der . Meßspannung entsprechende Ausgangsspannung des Verstärkers in dem zwischen den Zeitpunkten t, und t_z liegenden Abschnitt abgeschlossen ist, und mit Beginn der Meßzeit des Analog-Digital-Umsetzers zum Zeltpunkt t-i diesem eine der Meßspannung proportionale Spannung zugeführt wird.

Ist der Meßkreis unterbrochen, so kann der Kondensator C nicht mehr über diesen entladen werden, und die Entladezeitkonstante T₀ wird so groß, daß die Entladezeit des Kondensators C bis zum Erreichen der Spannung Null größer wird als die Zeitspanne vom Schließen der Schalter 511 bis zum Zeitpunkt/₃, zu dem der Verschlüsselungsvorgang des Analog-Digital-

to Umsetzers beendet wird. Der Verstärker bleibt somit während der ganzen Meßzeit übersteuert, und der Analog-Digital-Umsetzer gibt einen Wert ab, der so groß ist, wie er bei einem normalen Meßvorgang nicht erreicht wird und daher als Signal für einen Leitungsbruch dienen kann.

Die Konstantspannung U₀ und die Größe des Kondensators C sind in Abhängigkeit von der Leitungskapazität Cl und dem Ableitwiderstand Rl der Leitung zu wählen. Ist nämlich die von der Kapazität Cl

so und dem Widerstand Rl gebildete Zeitkonstante zu klein, so kommt im Falle eines Leitungsbruchs der Verstärker VX vor dem Ende der Verschlüsselungszeit in seinen aktiven Bereich und arbeitet als Integrator, wobei die Kapazität Cl die Integrationskapazität und

»5 der Widerstand Rl den Entladewiderstand bilden. Für eine gegebene Konstantspannung U₀ und einen Kondensator C lassen sich Grenzwerte für die Leitungskapazität und den Ableitwiderstand R_L errechnen, aus denen die Kabellänge bestimmt werden kann, bis zu der ein Leitungsbruch noch feststellbar ist.

Vorteilhaft gibt der Analog-Digital-Umsetzer den als Kennzeichen für einen Leitungsbruch dienenden Wert schon dann ab, wenn der Verstärker nicht voll übersteuert ist.

In diesem Fall ist die maximale Eingangsspannung, bei der der Analog-Digital-Umsetzer übersteuert wird, kleiner als die Spannung

R2\U_Amax\

so daß bei

Ue = + I Us

Uc EnA

nicht bei Null, sondern im negativen Bereich liegt Bei nicht unterbrochenem Meßkreis wird dadurch bc der positiven Übersteuerungsgrenze der Nulldurchgang von Uc schneller erreicht.

Hierzu 1 Blaii Zeichnungen

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Claims

In der Meßwertverarbeitung und Prozeßsteuerung Patentansprüche: liegt vielfach das Problem vcr, Fehler an den Meßwertgebern zu signalisieren. Dabei ist es besonders wichtig,

1. Anordnung zum Überwachen von Leitungs- aber auch schwierig, Fehler zu erkennen die ihrer brüchen in einem einen kleinen Innen widerstand 5 Wirkung nach einem vorkommenden Meßwert entaufweisenden Msßkreis, dem eins zeitweise arbci- sprechen. Vor allem in räumlich weit ausgedehnten tende Weiterverarbeitungseinrichtung für die Meß- Anlagen, in denen Analogsignale erfaßt werden, tritt signale nachgeschaltet ist, deren Arbeitszeiten aus infolge der weitmaschigen Verkabelung ^haunS .^der einer Vorbereitungszeit und einer darauffolgenden Fall ein, daß bei Reparatur- oder Umbauarbeiten Meßzeit zusammengesetzt sind, dadurch ge- ίο Kabel beschädigt werden. Ferner kommt es haung vor, kennzeichnet, daß am Eingang der Weiter- daß empfindliche Meßwertgeber gestört sind. Beiverarbeitungseinrichtung (Fl, ADU) ein Konden- spielsweise entsteht häung ein Bruch von Thermodensator (C) liegt, der in den Arbeitspausen der elementen. In allen diesen Fällen wird der Mebkreis Weiterverarbeitungseinrichtung (Fl, ADU) von unterbrochen, und zwar derart, daß das Meßsignal den einer Konstantspannungsquelle (U₀) aufgeladen 15 Wert Null annimmt. Es muß nun festgestellt werden wird und dessen Kapazität so bemessen ist, daß er können, ob das Fehlen eines Meßsignals bedeutet, daß bei nicht unterbrochenem Meßkreis über diesen der Meßwert Null ist, oder ob ein Drahtbruch der während der Vorbereitungszeit der Weiterverarbei- Leitung zum Meßwertgeber bzw., wenn der Meßwerttungseinrichtung entladen wird und daß bei unter- geber ein Thermoelement ist, eine mechanische Zerbrochenem Meßkreis eine Ladespannung aufrecht- *° störung des Thermoelementes vorliegt

erhalten wird, die während der Arbeitspausen und In der deutschen Auslegeschrift 1 283 378 ^t eine

der jeweils folgenden Arbeitszeit über einem Schahungsanordnung zur Überwachung des Meß-

in der Weiterverarbeitungseinrichtung eingestellten kreises einer niederohmigen Meßgleichspannungs-

Schwellwert liegt. quelle auf Unterbrechung beschrieben. Diese bekannte

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- *5 Schaltung arbeitet in der Weise, daß parallel zur Meßzeichnet, daß die Weiterverarbeitungseinrichtung gleich,pannungsquelle eine Wechselspannungsquelle am Eingang einen Verstärker (Fl) enthält, der mit hohem Innenwiderstand und relativ hoher bpaneincn Gegenkopplungskreis für das Meßsignal auf- nung liegt. Bei nicht unterbrochenem Meßkreis ist inweist, und daß der Kondensator (C) so an den Ver- folge des Spannungsteilerverhältnisses zwischen dem Stärkereingang geschaltet ist, daß die Ladespan- 3<> Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle und dem nung nicht gegengekoppelt ist. niedrigen Widerstand der Meßgleichspannungsquelle

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch die Wechselspannung am Eingang der das Meßsignal gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßkreis (Rs weiterverarbeitenden Einrichtung klein. Diese Em- Ri, Ue) und den Kondensator (C) ein Schalter (SII) richtung ist ein integrierender Analog-Digital-Umangeordnet ist, welcher während der Aufladezeiten 35 setzer, welcher in der Weise arbeitet, daß wahrend des Kondensators (C) geöffnet und während der einer Meßzeit die Impulse eines Spannungs-f requenz-Entladezeiten des Kondensators (C) und der Wandlers, dem das Meßsignal zugeführt ist, auisum-Arbeitszeiten der Weiterverarbeitungseinrichtung miert werden. Wird der Meßkreis unterbrochen, so (Fl, ADU) geschlossen ist. liegt am Eingang des Spannungs-Frequenz-Umformers

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch *° eine verhältnismäßig hohe Spannung, auf die eine gekennzeichnet, daß der Schalter (SII) Teil eines frequenzselektive Schaltung anspricht und die MeU-Meßkreiswählers (MW) ist, der wahlweise einen kreisunterbrechung signalisiert. Abgesehen davon, daß von mehreren Meßkreisen an die Weiterverarbei- eine solche Anordnung nur in Verbindung mit einem tungseinrichtung (Fl, ADU) schaltet. einen Spannungs-Frequenz-Umformer enthaltenden

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, « Analog-Digital-Umsetzer arbeitet, ist ferner erforderdadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspan- lieh, daß der Analog-Digital-Umsetzer oder eine andere nung des Verstärkers (Fl) größer ist als ein im Weitervera.rbeitungseinrichtung integrierend arbeitet, dem Verstärker nachgeschalteten Teil (ADU) damit die dem Meßsignal überlagerte Wecliselspander Weiterverarbeitungseinrichtung eingestellten nung das Meßergebnis nicht beeinflußt.
Schwellwert, bei dessen Überschreiten ein Signal 5° Der vorliegenden Erfindung liegt die Aulgabe zufür eine Meßkreisunterbrechung abgegeben wird. gründe, eine Schaltung zur Überwachung von MeIi-

kreisen auf Unterbrechung zu schaffen, die nur einen geringen Aufwand erfordert und welche die Messungen

im ungestörten Fall nicht beeinflußt. Ferner soll die

55 Schaltung in Anlagen, in denen mehrere Meßkreise wahlweise an eine zentrale Verarbeitungseiririchtung