DE2302187B2 - Schaltungsanordnung zur fehlerueberwachung einer steuerungsanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung einer Steuerungsanlage, die zwecks Eingabe eines Eingangssignals eingangsseitig über einen Befehlsschalter mit Befehlskontakt an einen Geber und zwecks Weitergabe eines Ausgangssignals ausgangsseitig an ein Stellglied angeschlossen ist, mit einer Überwachungseinrichtung, die zwischen Eingang und Ausgang der Steuerungsanlage geschaltet ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist unter der Bezeichnung »Fehlsignalsperre« aus dem Aufsatz von R. H a h n: »Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit elektronischer Einrichtungen auf Schiffen«, Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 60. Band, 1966, Springer Verlag Beriin-Heidelberg-New York. S. 383 bis 391, insbesondere aus Abb. 8 bekannt geworden.

Danach ist als Überwachungseinrichtung eine NOR-Stufe vorgesehen, die einer Meldeeinrichtung vorgeschaltet ist Der erste Eingang der NOR-Siuie ist an die Verbindung zwischen Befehlsschalter und Steuerungsaniage und der zweite Eingang der NOÄ-Stufe ist direkt an den Ausgang der Steuerungsanlage angeschlossen. Bei geschlossenem Befehlskontakt des Befehlsschalters gibt der vorgeschaltete elektrische Geber, z. B. eine Batterie, ein Eingangssignal an die Steuerungsanlage ab. Am Ausgang der freigegebenen Steuerungsanlage erscheint daraufhin ein Ausgangssignal, welches das Stellglied betätigt Das betätigte Stellglied, z.B. ein Schütz oder Relais, hält einen Stromkreis, in dem eine z.B. elektrische Maschine angeordnet sein kann. geschlossen. Da Eingangs- und Ausgangssignal gieichzeitig auftreten, spricht die überwachende NOR-Siufe nicht an.

Tritt in der Steuerungsanlage jedoch ein innerer Fehler auf, z. B. ein Kurzschluß eines Gliedes oder cm Kontaktfehler, so kann am Ausgang der Steuerungsanlage trotz Öffnung des Befehlskoniaktes ein Ausgangssignal auftreten. F.in solcher Fehler wird als »aktiver« Fehler bezeichnet Ist ein solcher aktiver Fehler im Innern der Steuerungsanlage vorhanden, so gibt die NOR-Stufe ein Fehlermeldesignal an die nachgeschaltcte Meldeeinrichtung ab. Diese sorgt dafür, daß die Spannung, z. B. von der elektrischen Maschine im genannten Stromkreis, weggeschaltet wird. Die Meldeeinrichtung betätigt zu diesem Zweck aufgrund des Fehlermeldesignals ein Schutzorgan. 1. B. einen Schutz schalter oder ein Schutzrelais, das zusätzlich in diesem Stromkreis angeordnet ist. Der Stromkreis wird unterbrochen. Dadurch wird eine Auswirkung des aktiven Fehlers auf die Anlage im Stromkreis verhindert.

Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung kann das Stellglied aus prinzipiellen Gründen die Aufgabe, beim Auftreten eines aktiven Fehlers in der Steuerungsanlage dem Stromkreis zu unterbrechen, nicht mitübernehmen. Denn am Ausgang der Steuerungsanlage steht sowohl beim eingeschalteten Befehlskontakt als auch beim Auftreten eines solchen aktiven Fehlers ein Ausgangssignal an. welches auf das Stellglied einwirkt. Neben dem Stellglied wird also zunächst das genannte Schutzorgan (z. B. Schutzschalter. Schutzrelais) benötigt, welches sofort bei Entstehung des Fehlenneidesignals den Stromkreis unterbricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß ein besonderes Schutzorgan, das im Stromkreis zugeordnet ist und beim Auftreten des Fehlermeldesignals den Stromkreis unterbricht, eingespart werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Befehlsschalter als Doppelschalter mit einem Befehlskontakt und einem gleichzeitig betätigbaren Verriegelungskontakt ausgebildet ist und daß der Verriegelungskontakt in der Verbindung zwischen Steuerungsanlage und Stellglied angeordnet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die Aufgabe des bisher üblichen Schutzorgans (z. B. Schutzschalter, Schutzrelais) vom Verriegelungskontakt im Befehlsischalter übernommen werden kann. Das kostspielig': Schutzorgan, das i. a. für Starkstrom oder

Hochspannung ausgelegt sein muß. kann somit eingetpart werden. Befehlskontakt und Verriegelungskontaki des Doppelschalters sind mechanisch so miteinander verbunden, daß sie auf Befehl zwangsweise gemeinsam schalten. Ist der Befehlskoniaki geöffnet, so ist auch der Verriegelungskontakt geöffnet, und die Verbindung «wischen Steuerungsanlage und Stellglied ist unterbrochen. Das Stellglied ist somit ohne EwschalTbefehl. also bei geöffnetem Doppelschalter, stromlos. Es wird also nicht iwtätigt. und zwar auch nicht beim Auftreten eines aktiven Fehlers in der Steuerungsanlage. Selbst wenn die Überwachungseinrichtung versagt, ist dieser stromlose Zustand gegeben. Das wird als ein besonderer Vorteil gegenüber der bekannten Schaltungsanordnung angesehen. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, daß die Schaltungsanordnung auch dann noch sicher ist, wenn der Schaltkontakt am Eingang der Steuerungsanlagc defekt ist und sich nicht öffnen läßt Auch in diesem Fall «st aer stromlose Zustand noch gewährleistet, da die Verbindung zwischen Steuerungsanlage und Stellglied Ohne Befehl am Verriegelungskontakt unterbrochen ist.

Als Überwachungseinrichtung kann in der Schallungsanordnung je nach Anwendungsfall und Ausge Staltung /.. B. ein Λ/ΟΛ Glied, ein ANDGlied oder auch eine elektrische Alarmeinrichtung eingeset/t werden. die bei Auftreten eines aktiven Fehlers ein optisches oder akustisches Alarmsignal abgibt.

Demgegenüber ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dadurch gcge'ien, daß die Überwachungseinrichtung eine vorzugsweise elekiri-Sthe Bcreitsehaftsanzeigceinrichtung ist. die /wischen einem Leitungspunkt vordem Befchlskontakt einerseits und einem Leitungspunkt /wischen Steuerungsanlage und Verriegelungskontakt andererseits angeschlossen ist. Diese Weiterbildung ermöglicht es auf einfache Weise, das Vorliegen eines Fehlers festzustellen.

Diese Weiterbildung zeichnet sich einerseits durch ihren besonders einfachen Aufbau und andererseits durch ihre Eigensicherheit aus. Die Bercitsehaftsanzeigeeinrichtung, die z. B. ein optisches oder akustisches Bereitschaftssignal abgeben kann, ist nämlich gegen den am häufigsten (bei elektrischen Schaltungen) auftretenden Fehler, das sind Leitungsunterbrechungen, die z. B. durch Bruch oder Kontaktfehler entstehen können, sicher odfir selbslmeldend. Eine Kontaktunterbrechung in den Zuleitungen von den beiden Leitungspunkten zur Bereitschaftsanzeigeeinriehtung (z. B. eine durchgebrannte Leitung, ein Wackelkontakt, ein Drahtbruch) oder eine Leitungsunterbrechung in der Bereitschaftsanzeigeeinrichtung selbst wird genauso angezeigt wie ein Fehler in der Steuerungsanlage: Das akustische oder optische Bereitschaftssignal bleibt aus. Der angezeigte und erkannte Fehler kann anschließend behoben werden.

Als Bereitschaftsanzeigeeinrichtung kann z. B. ein Summer verwendet werden. Für Überwachungsaufgaben, z. B. an Überwachungs- oder Schaltungspulten, ist es jedoch zweckmäßiger, als Bereitschaftsanzeigeeinrichtung eine Bereitschaftslampe vorzusehen. Der Doppelschalter kann in diesem Fall ein von Hand betätigbarer Doppeltastschalter sein. Für Kontrollzweckc ist es angebracht, die Bereitschaftslampe räumlich in unmittelbarer Nähe des Doppelschalters anzuordnen. Aus Gründen der Platzcrsparnis und der besseren Übersicht, 2. B. wiederum an Übcrwachungs- oder Schaltpulten, an denen eine Vielzahl von Kontrollaufgaben wahrgenommen werden, ist rs zweckmäßig, Bereitschaftslampe und D"ppelschaltcr baulich zu vereinigen. Die Bereitschaftslampe kann dabei im Tastkopf des Doppelschalters als Kontrollampe untergebracht sein. Da sie bei nächtgedrücktem Doppelschalter nur im Störungsfalle aufleuchtet, hat der Beobachter eine leichte Kontrollmöglichkeit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert. Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung dient zur Fehlerüberwachung einer Steuerungsanlage 2, die an sich beliebig aus konventionellen, mechanischen, pneumatischen, fluidischen, elektrischen oder elektronischen Bauteilen aufgebaut sein kann. Die Steuerungsanlage 2 kann z. B. mit Transistoren oder integrierten Schaltkreisen bestückt sein. Sie hat die Aufgabe, von einem Befehlsschalter 3 in Abhängigkeil von mehreren Freigabesignalen a, b. c als Funktion Fa ein Ausgungssignal an ein Stellglied 4 zu liefern. Die Freigabesignale a, b. ckönnen z. B. Meß-, Vergleichs- oder Zählgrößen in einem Herstellungs- oder Mischungsprozeß sein. Im folgenden wird vorausgesetzt, daß durch d.e Sieue rungsanlage 2 als Ausgangssignal eine Spannung gegen Masse M gegeben ist und daß ein solches Ausgangssi gnal. sofern es nicht erwünscht ist. gefahrlich ist.

Der Beiehlsschaller Ϊ im als Doppdschalter mit einem Befehlskontakt 5 und einem Verriegelungskontakt 6 ausgebildet. Bei der Auswahl des Befehlsschalters 3 isi darauf /u achten daß dieser konstruktiv so ausgeschaltet ist. daß Kurzschlüsse zwischen dom Befchlskoniakt 5 und dem Verriegelungskonmkt fe prinzipiell ausgeschlossen sind. Das kann z. B. durch spezielle Ausbildung der Kontakte 5, 6 des Gehäuses oder durch angebrachte Isolierkörper gewährleistet sein. Beide Kontakte 5, 6 sind durch ein als Stange dargestelltes Betätigungsorgan 7 miteinander mechanisch verbunden. Wird der Befehlsschaltcr 3 /.. B. von Hand in Richtung des Pfeiles 8 niedergedrückt, wird also ein Befehl gegeben, so werden beide Kontakte 5, h gleichzeitig geschlossen. Beide Kontakte 5, 6 können durch Loslassen gleichzeitig wieder geöffnet weiden. Außer einem solchen selbstrückstellenden Befehlsschal ter 3 kann auch ein einrastender Doppelschalter verwendet werden.

Der Befehlskaniakt 5 ist zwischen eine Klemme 9 und eine Eingangsklemme 10 der Steuerungsanlage 2 geschaltet. Die Klemme 9 wird von einem elektrischen Geber 11, z.B. einer Batterie, mit einem positiven Steuerpotential P versorgt, das bei einer Steucrungsanlage 2 mit Transistoren beispielsweise + 24 V betragen kann. Bei geschlossenem Befehlskontakt 3 liegt also das Steuerungspotential P als Eingangssignal an der Eingangsklemme 10 der Steuerungsanlage 2 an. Der Geber 11 kann auch zusätzlich zur Speisung der elektrischen oder elektronischen Bauelemente der Steuerungsanlage 2 herangezogen werden.

Der Verriegelungskontakt 6 des Befehlsschalters 3 ist in der Verbindung zwischen der Steuerungsanlage 2 und dem Stellglied 4 angeordnet, und /war /wischen der Ausgangsklemme 13 der Steuerungsanlage 2 und der einen Anschlußklemme 14 des Stellgliedes 4. Er dient zur Unterbrechung des Stellsignalwegcs und Blockierung des Stellgliedes 4, wenn kein Befehl am Befehlschalter 3 ansteht. Die andere Anschlußklemme des Stellgliedes 4 ist an der Klemme 12 auf Müsse M gelegt. Eine elektrische Bereitschaftsanzcigecinrichtung 15 liegt zwischen einem Leitungspunkt 16 vor dem Befehlskontakt 5 einerseits und einem mit der Ausgangsklemme 13 zusammenfallenden Leitungspunkl zwischen Steuerungsanlage 2 und Verriegelungs-

kontakt 6 andererseits. Die elektrische Bereitschaftsanzeigeeinrichtung 15 ist gemäß der Figur vorzugsweise als Bereitschaftslampe ausgeführt. Sie wird in der Nähe des Befehlsschalters 3 installiert, gegebenenfalls in den Befehlsschaltcr 3 eingebaut. Als Bereitschaftsanzeigeeinrichtung 15 kann auch eine andere Einrichtung, /. B. ein elektrisches Schauzeichen, dienen.

Das Stellglied 4 kann ein beliebiges Ausgabeorgan sein, z. B. ein Relais, ein Schütz, ein Magnetventil oder eine andere Wicklung mit Magnetkern. Es kann beispielsweise zum Steuern eines elektrischen Stromes oder auch zum Steuern pneumatischer Drücke oder Durchsätze, z. B. in Verbindung mit Pumpen, herangezogen werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Stellglied 4 ein Schütz, welches über einen Kontaktträger 17 den Hauptschalter 18 in einem elektrischen Stromkreis 19 steuert. In diesem Stromkreis 19 wird bei geschlossenem Hauptschalter 18 z. B. eine elektrische Maschine 20 von einer Spannungsquelle 21 gespeist. Die Spannungsquelle 21 kann beispielsweise aus einem Stromrichter bestehen, der an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. In einem Kraftwerk kann die elektrische Maschine 20 auch ein Generator sein, der in ein Stromnetz eingespeist, welches anstelle der Spannungsquellc 21 in die Figur einzuzeichnen wäre.

Von einem aktiven Fehler oder Defekt in der Steuerungsanlage 2 spricht man dann, wenn die Stcuerungsanlage 2 an ihrer Ausgangsklcmme 13 ein Ausgangssignal abgibt, obwohl der Bcfehlskontakt 5 an ihrer Eingangsklemme 10 geöffnet ist. Ein solcher aktiver Fehler kann durch schlechte Isolation oder Leitungsberührungen innerhalb der Steuerungsanlagc 2 Zustandekommen. Durch dieses unerwünschte Ausgangssignal würde, wäre der Verriegelungskontakt 6 in üblicher Weise überbrückt, das Potential P an der Anschlußklemme 14 liegen. Es würde das Steilglied 4 angesteuert, was zu einem unerwünschten Ingangsetzen der elektrischen Maschine 20 führen würde. Der gleichzeitig mit dem Befehlskontakt 5 betätigte Verriegelungskontakt 6 sorgt dafür, daß der Stromkreis 9 gegen einen solchen Fehler gesichert ist

Zunächst sei ein erster Fall betrachtet, bei dem der Befehlsschalter 3 an beiden Kontakten 5,6 geöffnet ist. Im Normalfall wird die Steuerungsanlage 2 dann kein Ausgangssignal abgeben, d. h. die Ausgangsklemme 13 liegt auf Masse M. Die Bereitschaftsanzeigeeinrichtung 15. also insbesondere die Bereitschaftslampe, erhält somit ein Bereitschaftssignal, d. h. die Bereitschaftslampe leuchtet auf. Im Störungsfall gibt die Steuerungsanlage 2 bei einem aktiven Fehler ein gegenüber Masse M positives Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 13 ab. Ist die Höhe dieses Ausgangssignals gleich dem Potential P, so beträgt die Potentialdifferenz zwischen den Klemmen 13,16 null Volt, und die Bereitschaftslampe leuchtet nicht. Das Auftreten eines aktiven Fehlers in der Steuerungsanlage 2 macht sich also durch Helligkcilsabnahme oder Erlöschen der Bereitschaftsiainpc bemerkbar. Das Stellglied 4 wird nicht betätigt.

Als nächstes sei ein zweiter Fall betrachtet, bei dem der Befehlsschalter 3 an beiden Kontakten 5, 6 geschlossen ist. Sobald die Freigabesignale 11, b, c die Steuerungsanlage 2 freigeben, steht an der Ausgangsklemmc 13 ein positives Potential an. Das Stellglied 4 wird durch das Ausgangssignal betätigt, und die Bereitschaftslampe ist wegen der Potentialdifferen? Null dunkel. Leuchtet die Bereitschaftslampe in diesem zweiten Fall jedoch auf, d. h. ist kein Ausgangssignal vorhanden, so ist entweder eines der Freigabesignale a b. cnicht vorhanden, oder es liegt in der Steuerungsanlage 2 ein passiver Fehler vor.

Schließlich sei ein dritter Fall betrachtet, bei dem vor Hand in Richtung des Pfeiles 8 ein Befehl gegeben ist Der Verriegelungskontakt 6 sei infolgedessen geöffnet der Befehlskontakt 5 sei jedoch infolge eines Fehlers z. B. infolge Zusammenschmelzens der Kontaktpunktc geschlossen. Auch in diesem dritten Fall gibt die freigegebene Steuerungsanlage 2 ein Ausgangssignal ar der Ausgangsklemme 13 ab, und die Bereitschaftslampe ist wegen der Potentialdifferenz Null dunkel. Dieser Fehler am Befehlskontakt 5 macht sich also wie dei beim ersten Fall erläuterte aktive Fehler bemerkbar Das Stellglied 4 wird nicht betätigt.

Zusammenfassend ist bei diesen drei Fällen festzuhal ten, daß dann, wenn kein Befehl ansteht, wenn also dci Befehlsschalter 3 nicht niedergedrückt ist. ein Fehlci durch Erlöschen der Bereitschaftslampe angezeigt wird Das Stellglied 4 wird nur im gewünschten Fall, wenr also beide Kontakte 5,6 geschlossen sind, betätigt.

Darüber hinaus ist die Bereitschaftsanzeigeeinrichtung 15 in der dargestellten Schaltungsanordnung gegcr solche Einfachfehler wie »Drahtbruch«. »Masseschluß« »interne Kontaktunterbrechung«, »Kurzschluß« sicher In all diesen Fällen entsteht auch bei geöffneten' Befehlsschalter 3 kein Bereitssignal, d. h. die Bereit schaftslampe ist dunkel. Sie zeigt somit dem Beobachte! an. daß eine Störung vorliegt, daß die dargestellte Schaltungsanordnung also mit einem Fehler behaftet Ki Dieser Fehler wird genauso angezeigt wie ein aktivei Fehler der Steuerungsanlage 2 oder ein Kurzschluß an Befehlskontakt 5. Man kann sagen: 1st die Bereitschaft lampe bei nicht betätigtem Befehisschaller 3 dunkel, se liegt ein Fehler vor. Nachdem dies erkannt wurde, kam der Fehler lokalisiert und behoben werden.

Im Ausführungsbeispiel wurde eine elektrische Schaltungsanordnung beschrieben. Es lassen siel· entsprechende Schaltungsanordnungen mit Mitteln dei Hydraulik, Pneumatik und Fluidik aufbauen. Al; Steuermedium wäre also in diesem Fall nicht elektri scher Strom, sondern ein Fluid wie Druckluft odei Hydraulikflüssigkeit vorzusehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung einer Steuerungsanlage, die zwecks Eingabe eines Eingangssignals eingangsseitig über einen Befehlsschalter mit Befehlskontakt an einen Geber und zwecks Weitergabe eines Ausgangssignals ausgangsseitig an ein Stellglied angeschlossen ist, mit einer Überwachungseinrichtung, die zwischen Eingang und Ausgang der Steuerungsanla^e geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlsschalter (3) als Doppelschalter mit einem Befehlskontakt (5) und einem gleichzeitig betätigbaren Verriegelungskontakt (6) ausgebildet ist und daß der Verriegelungskontakt (6) in der Ve-bindung zwischen Steuerungsanlage (2) und Stellglied (4) angeordnet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung eine Bereitschaftsanzeigeeinrichtung (15) ist, die zwischen einem Leitungspunkt (16) vor dem Befehlskontakt (5) einerseits und einem Leitungspunkt (13) zwischen Steuerungsanlage (2) und Verriegelungskontakt (6) andererseits angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Bereitschaftsanzeigeeinrichtung eine Bereitschaftslampe vorgesehen ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Doppelschalter ein von Hand betätigbarer Doppeltastschalter vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitschaftslampe räumlich in unmittelbarer Nähe des Doppelschalters (3) angeordnet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitschaftslampe innerhalb des Doppelschalters (3) angeordnet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschalter (3) konstruktiv so ausgestaltet ist, daß Kurzschlüsse zwischen Befehlskontakt (5) und Verriegelungskontakt (6) ausgeschlossen sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermedium elektrischer Strom vorgesehen ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuermedium ein Fluid wie Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist.