DE2540805C3 - Schaltungsanlage zum Überwachen von Anlagen mittels Sensoren - Google Patents

Description

— daß die Steuereinheit (31) über eine einzige Leitung (25) mit der Abtasteinrichtung (10) verbunden ist,

— daß die Abtasteinrichtung (10) eine von den Steuersignalen betriebene Zähler- und Dekodiereinrichtung (24,57,56,23) aufweist, die über die Leitung (25) Rücklaufsignale, die zwischen den Steuersignalen erzeugt werden und den Sensorzuständen entsprechen, an die Feststelleinrichtung (40) in der Steuereinheit (31) zurückgibt, und

— daß die Feststelleinrichtung (40) die Sensorzustände folgemäßig erfaßt.

2.Schaltungsanordnungnac'. Anspruch I,gekennzeichnet durcn einen wei'.eren Sensor (20), der, wenn er abgetastet wird, ein Sign;^: erzeugt, um die Anzeigeeinrichtung auf eine entsprechende Position in der Folge, in der die Sensoren abgetastet werden, rückzustellen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz, mit der die Sensoren abgetastet werden, während der Perioden, wenn ein Signal durch die Feststelleinrichtung erzeugt wird, niederer ist.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Anlagen mittels Sensoren, mit einer Abtasteinrichtung zum periodischen Abtasten der Sensoren und mit einer mit der Abtasteinrichtung verbundenen Steuereinheit, die einen Taktgenerator zum Erzeugen von periodischen Steuersignalen für die Abtasteinrichtung, eine Feststelleinrichtung zum Erfassen der jeweiligen Sensorzustände und ein Anzeigegerät zur Anzeige des jeweils erfaßten Sensorzustandes aufweist, bei der die Anzeige im Anzeigegerät von den Ausgangssignalen eines vom Taktgenerator gesteuerten Zählers und von den Ausgangssignalen der Feststelleinrichtung abhängt.

Überwaehungssehaltungen können in komplexen Schaltungen eingebaut sein, um eine Bedienungsperson mit Informationen über einen Fehler zu versorgen, sobald dieser auftritt Sensoren in verschiedenen Teilen der Anlage ändern ihren Zustand, wenn ein Fehler auftritt, und die Überwachungsschaltung stellt die Änderung des Zustandes fest und betätigt ein zentrales Anzeigegerät, Um den Ort Und/oder die Art des Fehlers

anzuzeigen.

Aus der DE-AS 22 02 110 ist nun eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Anlagen bekannt Diese Schaltungsanordnung benötigt jedoch eine komplizierte Multiplex-Schaltung und eine Vielzahl von Verbindungsleitungen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, unter Verminderung der Anzahl der Verbindungen einen einfacheren Schaltungsaufbau für Schaltungen der eingangs genannten Art zu schaffen.

Gemäß der Erfindung wi. d dies dadurch erreicht,

— daß die Steuereinheit über eine einzige Leitung mit der Abtasteinrichtung verbunden ist,

— daß die Abtasteinrichtung eine von den Steuersignalen betriebene Zähler- und Dekodiereinrichtung aufweist die über die Leitung Rücklaufsignale, die zwischen den Steuersignalen erzeugt werden und den Sensorzuständen entsprechen, an die Feststelleinrichtung in der Steuereinheit zurückgibt, und

— daß die Feststelleinrichtung die Sensorzustände folgemäßig erfaßt

Zweckmäßigerweise ist ein weiterer Sensor vorgesehen, der, wenn er abgetastet wird, ein Signal erzeugt, um die Anzeigeeinrichti'jig auf eine entsprechende Position in der Folge, in der die Sensoren abgetastet werden, rückzustellen.

Vorteilhafterweise ist ferner die Frequenz, mit der die Sensoren abgetastet werden, während der Perioden, wenn ein Signal durch die Feststelleinrichtung erzeugt wird, niedriger.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Abtasteinrichtung zum Abtasten einer Vielzahl nicht gezeigter Sensoren darstellt,

F i g. 2 zeigt schematisch die Schaltung einer Steuereinheit;

F i g. 3 zeigt eine Steuerschaltung zum Anzeigen von bis zu neunzehn Fehlern;

Fig.4 zeigt eine Steuerschaltung zum Anzeigen von bis zu neunundneunzig Fehlern;

F i g. 5 zeigt eine Abtastschaltung zum Überwachen von bis zu neunzehn Fehlersensoren.

Die Abtasteinrichtung 10 nach Fig. 1 umfaßt zehn Zwei-Eingangs-NOR-Tore 11 bis 20. Jedes Tor hat einen ersten Eingang 21, der über einen Inverter 22 an eine Ausgangsklemme eines binären Eins-aus-Zehn-Dekoders 23 gelegt ist. Der Dekoder 23 ist mit einem Zähler 24 verbunden, der Impulse zählt, die er von einer Sieuereinheit über eine Leitung 25 erhält. (Die Steuereinheit wird später anhand von Fig. 2 beschrieben.) Diese Leitung oder dieser Draht ist außer einer üblichen Erdung die einzige notwendige Verbindung zwischen der Abtasteinrichtung und der Steuereinheit.

Jedes der Tore 11 bis 19 hat einen zweiten Eingang 26.

der mit einer Anlage 27 verbunden ist, die auf Fehler zu überwachen ist. Wenn erforderlich, ist der Toreingang mit der Anlage über einen geeigneten Sensor oder Umformer (nicht gezeigt) verbunden, der einen geeigneten logischen Ausgang liefert, der das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Fehlers an* zeigt Diese zweiten Toreingänge 26 sind so angeordnet, daß sie hoch sind, wenn kein Fehler vorliegt und daß sie niedrig sind, wenn ein Fehler auftritt. Der Eingang 26 des Tores 20 wird ständig niedrig -»ehalten, indem er bei

28 an Erde gelegt ist, um einen kontinuierlichen Fehler zu simulieren. Für die Zwecke dieser Beschreibung können die NOR-Tore selbst als Fehlersensoren angesehen werden.

Der Ausgang jedes der Tore ti bis 20 ist über einen Widerstand an die Leitung 25 gelegt Die Widerstände 29, die in den Ausgängen der Tore 11 bis 29 liegen, haben einen gleichen Wert und der Widerstand 30, der im Ausgang des Tores 20 liegt, hat einen niedrigeren Wert ίο

Wenn die Schaltungsanordnung in Betrieb ist, werden über die Leitung 25 Steuersignale an die Abtasteinrichtung gegeben. Die Steuersignale werden im Zähler 24 gezählt zweckmäßigerweise eine binär kodierte Dezimalstufe, wobei dessen binäre Ausgänge einen Eins-aus-Zehn-Dekoder 23 betätigen. Die Ausgangsimpulse des Dekoders 23 sind invertiert dargestellt und sie werden an die Eingänge 2i der NOR-Tore 11 bis 20 gelegt

Wenn ein besonderes Tor eine Anlage überwacht, die nicht fehlerhaft ist, so hat ihr Eingang 26 eine Spannung, die einem hohen logischen Niveau entspricht Wenn das Tor auf Durchgang geschaitci wird durch Anlegen eines invertierten Impulses vom Dekoder 23 an den anderen Eingang 21, so bleibt der Ausgang des Tores niedrig. Wenn jedoch in der zu überwachenden Anlage ein Fehler vorhanden ist so ist der Eingang 26 des entsprechenden Tores niedrig. Wenn dann das Tor auf Durchgang geschaltet wird, geht sein Ausgang nach oben. Es wird dann ein Strom über einen entsprechenden der Widerstände 29 an die Leitung 25 gelegt und zwar während einer Zeit in der die Leitung normalerweise in einem niedrigen Zustand ist d. h. zwischen den Steuersignalen.

Immer wenn das Tor 20 auf Durchgang geschaltet wird (enabled), nimmt sein Ausgang ein hohes Niveau an wegen der einen »permanenten Fehler« bildenden Erdverbindung 28, die an seinem Eingang 26 liegt. Da jedoch der Widerstand 30 einen niedrigeren Wert hat als die anderen Widerstände 29, ist der an die Leitung 25 angelegte Strom dann größer als der Strom, der dann angelegt wird, wenn einer der anderen Torausgänge nach oben geht

Wenn somit kein Fehler vorhanden ist läuft über die Tore 11 bis 19, wenn sie auf Durchgang geschaltet sind, kein merklicher Strom in der Leitung 25 zurück zur Steuereinheit Wenn ein Fehler vorhanden ist. fließt ein beträchtlicher Strom in der Leitung, doch ist er niedriger als wenn das Tor 20 auf Durchgang geschaltet ist.

Fig. 2 zeigt eine Steuereinheit 31 mit einem Taktgenerator 3Z der Signale an einen ersten Verstärker 33 und an eine B.C.D.-Zählerstufe 34 gibt (binär kodierter Dezimalzähler). Als Antwort auf das Signal des Taktgenerators gibt der erste Verstärker 33 Steuerimpulse an die I ,eitung 25, wie oben erwähnt, und zwar über einen Widerstand 35 und eine Diode 36. Mit einem Punkt 37, der für die Diode 36, den Widerstand 35 und den Verstärker 33 gemeinsam ist. ist über einen Widerstand 38 ein erster Eingang 39 eires zweiten Verstärkers 40 verbunden. Der Verstärker 40 spricht auf einen Strornfluß in der Leitung 25 an, der einen Fehler anzeigt Sein erster Eingang ist ferner über einen yöfspännwidefstand 41 an eine Energiequelle 42 gelegt. Ein zweiter Eingang des Verstärkers 40 ist geerdet. Der Ausgang dieses Verstärkers ist an ein Anzeigegerät 43 mi'< sieben Segmenten und ferner an den Taktgenerator 32 gelegt Wenn der Verstärkerausgang hoch ist, wird das Anzeigegerät 43 erregt und die Frequenz des Signales vom Taktgenerator wird reduziert.

Das Anzeigegerät 43 ist an einen binären 7-Segment-Dekoder 44 gelegt, der selbst mit dem Ausgang des Zählers 34 verbunden ist. Der Zähler 34 wird auf Null rückgestellt durch den Ausgang eines dritten Verstärkers 45, der in einer zum Verstärker 40 im wesentlichen gleichen Weise mit dem Verstärker 33 verbunden ist, obwohl es erwünscht ist, daß er nur auf den höheren Stromfluß in der Leitung 25 für das Tor 20 anspricht. Eine Eingangsklemme 46 ist an Masse gelegt und ein anderer Eingang 47 ist über einen Vorspannwiderstand 48 an eine Energiequelle 49 gelegt und ferner über einen Widerstand 50 an den Punkt 37 am Ausgang des Verstärkers 33. Die Werte der Vorspannwiderstände 41 und 48, die mit den Verstärkern 40 und 45 verbunden sind, sind derart, daß der an den Verstärker 40 gelegte Vorspannstrom schwächer ist als der an den Verstärker 45 gelegte Vorspannstrom. Wenn das Signal vom Taktgenerator 32 hoch ist, ist der Ausgang des Verstärkers 33 hoch und der Strom fließt längs der Leitung 25 zur Abtasteinrichtung 10. "Venn das Signal vorn Taktgenerator tief ist, liegt die Leiten™ 25 ebenfalls tief und es fließt kein Strom. Unter diesen beiden Bedingungen betindet sich der Punkt 37 immer auf einem etwas höheren Potential als die Leitung 25 und auch die Ausgänge der Verstärker 40 und 45 sind niedrig.

Wenn ein Fehler if der Anlage 27 vorliegt, fließt über die Leitung 25 von der Abtasteinrichtung ein Strom, wenn das entsprechende der Tore 11 bU 19 durchgeschaltet ist. Dieser Strom bringt den Punkt 37 auf ein Potential, das niedriger ist als dasjenige der Leitung 25. Wenn der Punkt 37 dieses niedrigere Potential annimmt, geht der Ausgang des Verstärkers 40 hoch und das Anzeigegerät 43 wird erregt. Die Vorspannung des Verstärkers 45 wird so ausgelegt, daß dieser Verstärker nicht zur gleichen Zeit geschaltet wird. Die angezeigte Zahl resultiert aus der entsprechenden Anzahl vor, Impulsen vorn Generator 32, die vom Zähler 34 ge 'ählt worden sind. Beim Einschalten entspricht diese Zahl nicht notwendigerweise der Nummer eines besonderen Torej. da der Zähler 24 in der Abtasteinrichtung und der Zähler 34 in der Steuereinheit dann nicht notwendigerweise im Takt sind.

Die Synchronisierung der Steuereinheit und der Abtasteinrichtung wird durch den Verstärker 45 bewirkt, wenn das Tor 20 durchgeschaltet ist. Bei Durchschaltung des Tores 20 fließt ein stärkerer Strom von der Abtasteinrichtung zur Steuereinheit als der Strom, der durch eine Fehleranzeige in irgendeinem der anderen Tore erzeupt wird. Dieser stärkere Strom bringt de" Punkt 37 auf ein Potential, das niedrig genug ist. um den Verstärker 45 7u schalten. Die Anschaltung dieses ^v::rstärkers stellt den Zähler 34 auf Null zurück. Somit werden innerhalb einer vollständigen Abtastung der Tore vom Einschalten des System^ an die Steuereinheit und die Abtasteinrichtung synchronisiert. Wenn danach ein Fehler vorliegt, zeigt das Anzeigege rät 43 eine Fehlerrummer, die der besonderen Anlage 27 entspricht, in welciier der Fehler auftritt. Fehlernummern werdet, in der Folge angezeigt, in der die entsprechenden Tore abgetastet werden, wobc;i die Folge so länge wiederholt wird, wie das System erregt ist und die Fehler vorhanden sind.

Die Zeit, während der eine Fehlernummer angezeigt wird, hängt von der Frequenz ab, mit der die Tore abgetastet werden. Wenn bei vorgegebener Abtastfre* quenz nur einer der möglichen Fehler vorliegt, entsteht

eine Verzögerung zwischen den Anzeigen der Fehlernunimer und dem Auftreten des Fehlers von annähernd dem neunfachen der Zeit zwischen zwei Steuersignalen. Eine geeignete Zeit zum Darstellen oder Anzeigen einer Fehlernummer ist eine Sekunde, entsprechend einer Taktsignalfrequenz von 1 Hz und die genannte Verzögerung würde dann etwa 9 Sekunden betragen. Es ist vorzuziehen, die Abtastfrequenz Zu steigern, wenn kein Fehler anzuzeigen ist. Eine geeignete höhere Frequenz liegt bei JO Hz. Eine Variation der Abtastfrequenz wird durch Ändern der Frequenz des Taktsignales des Generators 32 erreicht.

Wenn der Ausgang des Verstärkers 40 niedrig ist, was ein Anzeichen dafür ist, daß kein Fehler vorliegt, so beträgt die Signalfrequenz 10 Hz. Wenn ein Fehler festgestellt wird, wird der Ausgang des Verstärkers 40 hoch und veranlaßt, daß die Taktsignalfrequenz auf I Hz reduziert wird. Somit wird jede Fehlernummer für etwa 1 Sekunde angezeigt und das Zeitintervall zwischen den angezeigten Fehlernummern ist '/io Sekunde mal der Anzahl der zwischen den Fehlern abgetasteten Tore.

Das System kann leicht erweitert werden, um weitere Anlagen zu überwachen.

F i g. 3 zeigt eine Steuereinheit, die bis zu neunzehn Fehlern anzeigen kann. Ein den Zählerstand des Zählers 34 durch 10 teilendes Element 52 betätigt ein bistabiles Element 51. Das bistabile Element 51 veranlaßt die Beleuchtung eines einzelnen Ein-Digit-Anzeigegerätes 52, das benachbart zu dem Anzeigegerät 43 angeordnet ist.

Beim Empfang von Impulsen vom Taktgenerator 32 zählt der Zähler 34 hinauf bis neun und dann beim zehnten Impuls stellt er auf Null zurück. Ebenfalls beim zehnten Impuls schaltet das bistabile Element 51 um, so daß die nächsten neun Impulse, die der Zähler 34 empfängt, dazu führen, daß die Zahlen elf bis neunzehn angezeigt werden, wenn ein Fehler festgestellt wird. Beim zwanzigsten Impuls stellt der Zähler 34 auf Null zurück und das bistabile Element 51 kehrt in seine Normalstellung zurück.

F ι g. 4 zeigt eine Steuereinheit mit einer zusätzlichen Anzeigeziffer und einer zugehörigen Steuerschaltung zur Erleichterung der Darstellung von bis zu neunundneunzig Fehlern. Ein zweiter Zähler 53 und ein 7-Segment-Dekoder 54 sind vorgesehen, um ein zweites Anzeigegerät 55 zu betätigen. Der Zähler 53 wird mit Impulsen vom Taktgenerator über das Element 50 versorgt. Beide Zähler 34 und 53 werden durch den Ausgang des Verstärkers 45 auf Null zurückgestellt und beide Anzeigegeräte 43 und 55 werden durch den Ausgang des Verstärkers 40 erregt

Im Betrieb zeigt das Anzeigegerät 43 die Einer-Einheiten und das Anzeigegerät 55 die Zehner-Einheiten an.

Fig.5 zeigt eine Abtasteinrichtung mit zwanzig Toren 1 bis 20, einem weiteren binären Eins-aus-Zehn-Dekoder 56 und einer logischen Schaltung 57, die zwischen dem Zähler 24 und den Dekodern 23 und 56 geschaltet ist, wobei jeder Dekoder zehn der zwanzig Tore bedient Die Logik dient dazu, um alternierende Gruppen von zehn impulsen in den Dekoder 23 zu geben, wobei dieser Dekoder beim zehnten Impuls rückgestellt wird und um jede folgende Gruppe von zehn Impulsen an den Dekoder 56 zu legen, ebenfalls mit Rückstellung hei dem zehnten Impuls. Auf diese Weise werden die zwanzig Tore wechselweise abgetastet

Eine weitere Ausdehnung des Systems ist möglich durch die Hinzunahme von weiteren Toren, Zählern und Dekodern in entsprechender Weise wie vorstehend beschrieben.

S Wenn die Zahl der Tore erhöht wird, kann die zu ihrer Abtastung erforderliche Zeit unerwünscht lang werden. Wenn gewünscht, kann eine Reduzierung der Abtastzeit durch Erhöhen der Frequenz des Taktsignales erreicht werden. Wenn keine Fehler in der zu überwachenden Anlage vorhanden sind, während des Betriebs der Abtasteinheit, so erfolgt _ keine Anzeige in der Steuereinheit. Wenn das Überwachungssystem nicht arbeitet, beispielsweise weil der Draht 25 gebrochen ist, so hat man ebenfalls keine Anzeige in der Steuereinheit.

Es ist daher erwünscht, eine Anzeige vorzusehen, wenn die Überwachungsanlage arbeitet. Bei dem beschriebenen System hat das 7-Segment-Anzeigegerät eine Dezimalstelle (decimal point), die unabhängig von den Segmenten erregt werden kann. Wenn der Ausgang des

2ö Verstärkers 45 angeschlossen ist. um die Dezimalstelle zur gleichen Zeit zu erregen, in der er den Zähler 34 auf Null rückstellt, so flimmert die Dezimalstelle bzw. das Dezimalkomma jedesmal wenn der permanente Fehler abgetastet wird. Ein Flimmern des Dezimalkommas ist

damit eine Anzeige dafür, daß die Überwachungseinrichtung arbeitet und daß die Leitung 25 nicht gebrochen ist.

Wenn ein solches Dezimalkomma nicht verfügbar ist, so kann der Ausgang des Verstärkers 45 eine Lampe in der Steuereinheit einschalten.

Wenn eine niedrige Abtastfrequenz benutzt wird, ist es möglich, daß momentan eine Null angezeigt wird, jedesmal wenn das System rückgestellt wird, wobei der Grund hierfür der ist, daß der Verstärker 40 auch immer dann schaltet, wenn der Verstärker 45 dies tut. Diese Null-Darstellung kann verhindert werden durch Verwendung eines 7-Segment-Anzeigegerätes mit Null-Ausblendung.
Ein alternativer Weg zur Erweiterung des Systemes besteht darin, eine weitere Gruppe von Hilfstoren jedem der ursprünglichen Tore der Abtasteinrichtung zuzuordnen. Die ursprünglichen Tore werden dann abgetastet bis eines, das in einer Fehlerstellung ist. lokalisiert wird, wobei dann eine erste Ziffer zur

^5 Darstellung in der Steuereinheit gespeichert wird. Nachfolgende Impulse werden benutzt, um die Hilfstore, die dem genannten ursprünglichen Tor zugeordnet sind, abzutasten, bis ein Hilfstor gefunden wird, das eine Fehlerbedingung hat bzw. in einer Fehlerstellung ist In

so der Steuereinheit werden dann zwei Ziffern angezeigt wobei die erste Ziffer das ursprüngliche Tor und die zweite Ziffer das Hilfstor identifizieren. In diesem Weise werden die Tore zunächst in Gruppen abgetastet und nur wenn in einer Gruppe ein Fehler vorliegt, werden die Tore dieser Gruppe einzeln abgetastet

Bei der Verwendung der Überwachungseinrichtung können manchmal Doppel-Abtasteinheiten erwünscht sein, beispielsweise eine für jeden der wichtigen Teile eines Radarsystemes, ■wobei jede Abtasteinheit über einen einzigen Draht mit einem Mehrwege-Schalter verbunden ist Eine einzige Steuereinheit wird dann durch Betätigung des Schalters mit jeder der Abtasteinheiten verbunden.
Wenn vorübergehende oder abklingende Fehler zu berücksichtigen sind, kann ein geeigneter Speicher zwischen der Überwachungseinrichtung und der zu überwachenden Anlage vorgesehen werden. Hierzu eignen sich beispielsweise Halbleiterspeicher oder

polarisierte Relais.

Das System ist anhand von NOR-Toren beschrieben worden, ein entsprechendes logisches System kann aber auch die Verwendung von anderen Arten von Toren ermöglichen. Anstelle des 7-Segmenl-Anzeigegeräles können auch andere Anzeigegeräte benutzt werden, z.B. NIXIE-Röhren, oder eine C.R.T. oder L.E.D.-Matri)t-?/arstellung.

Obwohl ein System beschrieben wurde, bei dem die Abtastfrequenz geändert werden kann, kann dies in manchen Anwendungsfällen auch unterbleiben.

Obwohl ferner in der Beschreibung die Abtastfrequenz durch Änderung der Taktfrequenz geändert wird, sind auch hier andere Möglichkeiten zulässig. Beispielsweise kann der Ausgang des Taktgenerators an ein Tor gelegt werden, das durch ein monostabiles Element mit geeigneter Zeitverzögerung dufchgeschaitet wird.

Alternativ kann der Ausgang des Taktgenerators durch einen geeigneten Zähler, z. B. einen durch Zehn teilenden Zähler geteilt werden, um die gewünschte Verzögerung zu erreichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen von Anlagen mittels Sensoren, mit einer Abtasteinrichtung zum periodischen Abtasten der Sensoren und mit einer mit der Abtasteinrichtung verbundenen Steuereinheit, die einen Taktgenerator zum Erzeugen von periodischen Steuersignalen für die Abtasteinrichtung, eine Feststelleinrichtung zum Erfassen der jeweiligen Sensorzustände und ein Anzeigegerät zur Anzeige des jeweils erfaßten Sensorzustandes aufweist, bei der die Anzeige im Anzeigegerät von den Ausgangssignalen eines vom Taktgenerator gesteuerten Zählers und von den Ausgangssignalen der Feststelleinrichtung abhängt, dadurch gekennzeichnet,