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"Schaltungsanordnung zur st örungs gesicherten Signalverarbeitung"
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur störungsgesicherten Signalverarbeitung
unter Vervjendung zweier voneinander unabhängiger Signalverarbeitungseinrichtungen
und einer PruSeinrichtung, die die von den Signalverarbeitungseinrichtungen erzeugten
Signale hinsichtlich ihrer Übereinstimmung zwecks Signalisierung von Abweichungen
kontrolliert.
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Dieses Prinzip der zweikanaligen Signalverarbeitung mittels zweier
voneinander unabhängiger Signalverarbeitungseinrichtungen und nachfolgender Kontrolle
der Übereinstimmung der Ergebnisse der beiden Signalverarbeitungen ist an sich bekannt.
Diese An ordnung gewährleistet ohl eine Signalisierung von Störungen, die durch
Ausfall von Bauteilen verursacht werden. Hingegen können bei dieser Anordnung Störungen,
die durch elektromagnetische Einstreuungen verursacht werden, nicht erkannt werden,
da sie beide Signalverarbeitungseinrichtungen in gleichem Sinne beeinflussen und
daher auch an den Ergebnissen der beiden Signal-Verarbeitungen keine Unterschiede
verursachen, die Anlaß zu einer Störungsmeldung geben würden.
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Die Erfindung hat-sich die Aufgabe gestellt, solche parallel arbeitenden
Signalverarbeitungseinrichtungen so auszubilden und anzuordnen, daß nicht nur durch
Bauteilausfälle, sondern auch durch e-ingestreute elektromagnetische Störsignale
verursachte Verfälsi:hungen der Signalverarbeitungsergebnisse angezeigt werden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß die nebeneinander angeordneten
und gleichartig aufgebauten Signalverarbeitungseinrichtungen mit komplementären
Signalspannungen gespeist sind unA bei ungestörtem Betrieb an einander entsprechenden
Schaltungspunkten sich zu einem konstanten -Summenwert ergänzen, insbesondere gleich
große Spannungen entgegengesetzten Vorzeichens erzeugen und daß die Spannungen mindestens
eines Paares einander entsprechender Schaltungspunkte beider Signalverarbeitungseinrichtungen
mindestens einem die Differenz dieser beiden Spannungen auf einen konstanten Wert,
insbesondere auf den Wert Null überwachenden Spannungskomparator zugeführt sind.
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Als Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung eine 5ignalverarbeitungsstrecke
gezeigt, die den zeitlichen Verlauf einer Meßgröße Rontrolliert und bei charakteristischen
Änderungen dieser Meßgröße einen Schaltvorgang auslöst, wobei diese Auslösung mit
sehr hoher Sicherheit erfolgen muß, d.h. daß Störsignales die einen solchen Anlaß
zur Auslösung simulieren, keine Fehlauslösung veranlassen können.
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Im einzelnen besteht die Signalverarbeitungsstrecke aus einem Meßwertgeber
1, dessen Ausgangssignal einem Verstärker 2 zugeführt ist. Ein anschließendes Bandfilter
3 unterdrückt unerwünscht shelle und langsame Anderungen- der Meßgröße und ein nachfolgendes
Differenzierglied 4 formt die im gewünschten Zeitmaß erfolgenden Sprünge der Meßgröße
in Impulse um.
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In einer angeschlossenen Triggerstufe 5 werden Impulse ab einer gewissen
Größe ausgewählt und einer Auslöseeinrichtung 6 zugeführt.
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Jedem der Geräte 1 bis 5 ist Je ein gleichartig aufgebautes jedoch
hinschtlich sämtlicher innerhalb des Gerätes auftretender
Spannungswerte
sowie der Ausgangsspannung gegensinnig betriebenes Gerät 1' bis 5' zugeordnet. Die
Gegensinnigkeit dieser Spannungen kann bezüglich des Massepotentisis (Erde) festgelegt
sein; dann sind ae zwei einander entsprechende Spannunswerte gleich groß und haben
nur entgegengesetzte Vorzeichen, i.h. sie ergänzen einander auf den Spannungswert
Null(Erdpotental>. Es ist aber auch möglich'die Polarität dieser Spannungen auf
einen vorgegebenen konstanten Spannungswert zu bez-iehen, so daB einander entsprechende
Spannungen zweier zugeordneter Geräte einander stets auf diesen kontanten Spannungswert
ergänzen, d.h.
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ihre Summe muß bei störungsfreiem Betrieb stets konstant sein und
diesen vorgegebenen Wert aufweisen.
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Zur Überwachung der einander entsprechenden Spannungen verschiedener
Geräte sind im Beispiel. Spannungskomparatoren 7 bis 11 vorgesehen, die mit je einem
von ihren zwei Eingängen an die Aus-Gänge je zweier einander zugeordneter Geräte
angeschlossen sind.
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So ist der Spannungskomparator 7 mit einem Eingang an den Ausgang
des iAeßwertgebers 1 und mit seinem zweiten Eingang an den Ausgang des zweiten Meßwertgebers
1' angeschlosse, während der Spannungskomparator 8 mit seinen beiden Eingängen an
den Ausgängen der-Verstärker 2 und 2' liegt. In analoger Weise sind die Spannungskomparatoren
9, 10 und 11 an die Ausgänge der Bandfilter 3, 3' bzw. der Differenzierglieder 4
4' bzw. der Triggerstufen 5, 5' angeschlossen.
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Die Ausgänge der Spannungskomparatoren 7...11 sind gemeinsam an den
Steuereingang einer Torschaltung 12 angeschlossen, die der Auslöseeinrichtung 6
nachgeschaltet ist. Jeder der Spannungskomparatoren 7....11 überwacht ständig, ob
die an seinen beiden Eingangen anliegenden Spannungen die Summe Null oder einen
vorgegebenen konstanten Spannungswert ergeben, wobei für betriebsmäßig zulässige
Abweichungen von dem geforderten Summenwert ein Toleranzbereich vorzusehen ist.
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Bei einer Abweichung der Summe der am Eingang auch nur eines der an
den Spannungskomparatoren 7.....11 anliegenden Spannungen von diesem vorgegebenen
Spannungswert wird die Torschaltung 12 aktiviert,
die dann die Aussendung
eines Auslösesignales der Auslöseeinrichtung 6 sperrt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist an
Hand der Diagramme der Fig. 2 und 3 dargestellt, die beispielsweise den Verlauf
der Ausgangsspannungen der Bandfilter 3 bzw. 3' zeigen. Bei einem Anstieg der Ausgangsspannung
des Bandfilters 3, dessen Zeitpunkt mit t1 bezeichnet ist, tritt gleicnzeitig am
Ausgang des Bandfilters 3' ein gleichartig verlaufender Abfall der Spannung auf.
Der an die Ausgänge der Bandfilter 5 und 3' angeschlossene Spannungskomparator 9
liefert dabei kein Ausgangssignal, da die Summe der beiden Spannungen, deren Verlauf
in Fig. 2 durch eine punktierte Kurve dargestellt ist zur während und nach dem Anstieg
der einen Spannung und dem Abfall der anderen gleich bleibt.
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Ein von eines fremden Signalquelle stammendes elektromagnetisches
Signal ruft hingegen in zwei gleichartig, jedoch hinsichtlich der Signalspannungsverarbeitung
komplementar zueinander aufgebauten Geräten gleichsinnige Störspannungen hervor,
von denen die eine am Ausgang die Polarität der Ausgangsspannung aufweist, während
die andere sich am Ausgang wie eine Zusatzspannung mit einer der Ausgangsspannung
entgegengesetzten Polarität auswirkt. An den den einander zugeordneten Geräten angeschlossenen
Spannungskomparatoren summieren sich daher diese Störspannungen über dem sonst konstanten
Spannungswert und bewirken dadurch eine Aktivierung der Torschaltung 12, um eine
Auslösung durch einen simulierten Impuls zu verhindern.
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In den Diagrammen der Fig. 2 und 3 ist angenommen9 daß ein Störimpuls
zum Zeitpunlct t2 in die Bandfilter 3 und 3' einstreut, der an deren Ausgängen die
in den Fig. 2 bzWo 3 gezeigten Störsnannungswellen verursacht. Die Ausgangsspannung
des an die Bandfilter 3 und 3' angeschlossenen SpannungskomparatorS9, die durch
die punktierte Linie der Fig. 2 dargestellt ist, erfährt zum Zeitpunkt t2 eine Abweichung
vom konstanten Wert im betrag der doppelten Störung, die bei Uberschreiten einer
vorgegebenen
Toleranzgröße die bereits erwähnte Aktivierung der
Torschaltung 12 auslöst.
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Die im Beispiel als von den Bandfiltern 3, 3' ausgehend angenommene
Störung wird selbstverständlich auch von den nachfolgenden Einrichtungen 4, 4' und
5, 5 differenziert bzw. getriggert und ruft auch in den an diese Einrichtungen angeschloc,enen
Spannungskomparatoren 10 bzw. 11 entsprechende Ausgangssignale hervor, die ebenfalls
zur Sperrung der Torschaltung 12 beitragen, da alle Spannungskomparatoren hinsichtlich
ihrer 'lirkung auf die Torschaltung 12 parallel geschaltet sind.
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Prizzipiell signalisiert ein am Ende der Signalverarbeitungsstrecke
angeordneter Spannungskomparator auch alle Störungen, die an deren Anfang oder in
deren Mitte eingestreut werden. Die Störungserkennung ist jedoch zuverlässiger,
wenn, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, an mehreren Stellen der Signalverarbeitungsstrecke
eine Spannungsüberwachung mittels Spannungs komparatoren erfolgt. Hierbei können
die Differenzspannungen der miteinander zu vergleichenden Spannungen bei den einzelnen
Spannungskomparatoren unterschiedliche Werte aufweisen.
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Die Störmöglichkeiten der Signalverarbeitungsstrecke sind im allgemeinen
dadurch erhöht, da an die einzelnen der Signalverarbeitung dienenden Geräte 2, 2'
..... 5, 5', abweichend von der in der Zeichnung gegebenen Darstellung, normalerweise
MeP-geräte oder Datenübertragungsleitungen angeschlossen sind, über welche ebenfalls
Störungen in die Signalverarbeitungsstrecke eingestreut werden können.
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Voraussetzung für das einwandfreie Funktionieren der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung ist, daß die Einstreuung der Störsignale in die einander zugeordneten
Geräte praktisch gleichzeitig erfolgt, was bei den normalerweise auftretenden quasistationären
Störsignalen (deren Wellenlänge wesentlich größer ist als die Geräteabmessungen)
der Fall ist.