DE2905110C2 - Überwachung eines elektrischen Netzwerkes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Überwachen eines elektrischen Netzwerkes auf Ausfall, Drahtbruch und Übersteuerung eines elektrischen Bauelements durch Überlagerung des Nutzsignals mit einem Wechselspannungsüberwachungssignal am Eingang des elektrischen Netzwerkes.

Eine Anordnung dieser Art für den speziellen Fall der Ausbildung des Netzwerkes als Regler ist durch die DE-PS 21 58 729 bekannt. Hierbei ist zum Überwachen eines durch Störungen bedingten Ausbleibens des Istwertsignals eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, deren erster Eingang von dem Istwert und deren zweiter Eingang von dem Sollwert der zu regelnden Größe gespeist ist Dabei ist dem Soll- und/oder Istwertkanal ein Modulationssignal zugeführt Der Ausgang der Vergleichseinrichtung ist über einen

s Verstärker und ein nur Wechselspannung übertragendes Siebglied mit einer Auslöseschaltung verbunden, die derart ausgebildet ist, daß bei Fehlen des Modulationssignals an ihrem Eingang ein gestörter Zustpnd der Regel- oder Überwachungseinrichtung durch ein

ίο Warnsignal gemeldet und/oder die zu regelnde Anlage selbsttätig stillgesetzt wird. Bei dieser bekannten Überwachungsanordnung wird das Verhalten des Regelkreises durch die Überlagerung des Modulationssignals nicht unzulässig beeinflußt die Ausführung ist jedoch an das Vorhandensein eines Soll- und Istwertes gebunden, also auf die Überwachung eines Regelkreises beschränkt

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwacnung zu schaffen, die auf beliebig ausgebildete elektrische Netzwerke angewendet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besieht ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß am Ausgang des zu überwachenden Netzwerkes eine Einrichtung vorgesehen ist in der aus dem Wechselspannungsüberwachungssignal ein invertiertes Wechselspannungssignai gebildet und derart in das Netzwerk zurückgeführt wird, daß das Wechselspannungsüberwachungssignal am Ausgang der Einrichtung gegen Null geht und somit das Nutzsignal dort zur Verfügung steht und daß das in das Netzwerk zurückgeführte invertierte Wechselspannungssignal zugleich einer Überwachungseinrichtung zugeführt wird, die bei Fehlen des invertierten Wechselspannungssignals anspricht

Auf diese Weise wird gegenüber der Anwendung eines Siebgliedes zum Ausfiltern des Modulationssignals aus dem zu überwachenden Netzwerk erreicht, da3 das Nutzsignal unbeeinflußt in seinem Phasengang und ohne Zeitverzögerung übertragen ν i^rd. Die Überwachung überwacht sich selbst und eine Prüfung der Überwachung ist ohne Beeinflussung des Nutzsignals jederzeit möglich.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Fig. I zeigt die Überwachung eines Netzwerkes mit aktiven und passiven Bauelementen, die untereinander durch Übertragungsleitungen verbunden sind und bei denen bei konstanter Frequenz eine wesentliche Änderung der Phasenverschiebungen möglich ist und

Fig. 2 eine Überwachung, bei der Bauelemente des elektrischen Netzwerkes in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und bei konstanter Frequenz keine wesentliche Änderung der Phasenverschiebung auftritt.

In Fig. I ist mit 1 ein zu überwachendes elektrisches Netzwerk für die Verstärkung und Umformung eines Eingangs-Nutzsignals Ue bezeichnet. Es besitzt einen Eingangsverstärker 2 mit Eingängen 3, 4. Eingangswiderständen 5, 6, einem Rückführwiderstand 7 und einem Operationsverstärker 8. Über den Kingang 3 wird von einem Generator 9 eine Wechselspannung überlagert, deren Frequenz wesentlich größer ist als die Frequenz des Nutzsignals. Diese Überlagerung kann auch kapazitiv, induktiv oder über Optokoppler erfolgen. Das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 2 wird über einen optisch gekoppelten Trennverstärker 10 einem Phasenschieber 11 zugeführt. Dieser besteht aus Eingangswiderständen 12, 13, einem Phasenschie-

berkondensator 14, einem Rückfahrwiderstand 15 und einem Operationsverstärker 16, mit dessen Ausgang eine Differenziereinrichtung 17 verbunden ist Die Differenziereinrichtung 17 ist aus einem Differenzierkondensator 18, einem Operationsverstärker 19 und einem Rückfuhrwiderstand 20 gebildet

Das am Eingang 4 aufgeschaltete Eingangs-Nutzsignal Ue wird im Eingangsverstärker 2 verstärkt, im Trennverstärkfcj- 10 galvanisch getrennt und dem Phasenschieber 11 zugeführt, in dem durch Verstellen des Eingangswiderstandes 13 die Phasenlage in gewünschter Weise eingestellt werden kann, um eine Nacheilung des Nutzsignals am Ausgang gegenüDer dem am Eingang zu bewirken. In der Differenziereinrichtung 17 wird der Differentialquotient des Nutzsignals ^r~ gebildet Am Ausgang des Verstärkers 19 der Differenziereinrichtung 17 ist eine Einrichtung 21 vorgesehen, die das überlagerte Wechselspannungs-Qberwachungssignal an ihrem Ausgang unterdrückt und das Nutzsignal durchläßt Hierzu wird aus dem Wechselspaunungsüberwachungssignal ein invertiertes Wechselspannungssignal gebildet das das Wechselspannungsüberwachungssignal kompensiert.

Die Einrichtung 21 ist mit einem als Regler wirkenden Verstärker 28 ausgerüstet dessen Regelgrößeneingang über ein Koppelglied 27 mit dem Ausgang 48 der Einrichtung 21 verbunden und dessen Führungsgröße Null ist Dem Ausgang 46 des Netzwerkes 1 in ein als Summierverstärker ausgebildeter Operationsverstärker 24 nachgeschaltet dessen erster Eingang mit dem Ausgang 46 des Netzwerkes 1 und dessen zweiter Eingang mit dem Stellgrößenausgang 35 des Verstärkers 28 verbunden ist (F i g. 1). Dabei ist die Einrichtung 21 über einen Eingangswiderstand 22 mit dem invertierenden Eingang 23 eines Operationsverstärkers 24 mit Rückführwiderstand 25 an den Ausgang der Differenziereinrichtung 17 angeschlossen. Der nicht invertierende Eingang 26 ist mit Bezugspotential verbunden. Γ-as am Ausgang des Operationsverstärkers 24 anstehende Signal wird über einen Koppelkondensator 27, der so bemessen ist, daß er im wesentlichen nur das Wechselspannungsüberwachungssignal durchläßt einem Verstärker 28 zugeführt. Dieser Verstärker 28 besteht aus Operationsverstärkern 29, 30. Diese haben eine Rückführung 31 bzw. 33, die durcsi WC-Glieder eine phasenkorrigierende Wirkung besitzt. Der Operationsverstärker 30 ist über einen Kondensator 32 an den Operationsverstärker 29 angekoppelt. Das am Ausgang des Verstärkers 28 entstthende Signal wird über den Widerstand 34 dem invertierenden Eingang 23 des Verstärkers 24 zugeführt. Auf diese Weise wird das am Ausgang des Operationsverstärkers 24 abgegriffene und durch den Verstärker 28 hochverstärkte Überwachungssignal dem von der Differenziereinrichtung 17 kommenden Wechselspannungsüberwachungssignal am invertierenden Eingang 23 des Operationsverstärkers 24 so überlagert, daß das Wechselspannungsüberwachungssignal am Ausgang des Operationsverstärkers 24 gegen Null geht. Damit wird erreicht, daß das Wechselspannungsüberwachungssignai eliminiert wird, ohne daß das Ausgangs-Nutzsignal Ua im Phasengang und/oder in der Amplitude unzulässig beeinflußt wird. Zur Auswertung der Überwachung wird das Signal am Stellgrößenausgang 35 des Verstärkers 28 über einen Gleichrichter 36 und einen als Glättungsglied wirkenden Tiefpaß 37 einem Grenzwertmelder 38 zugeführt. Der Tiefpaß 37 verhindert durch seine verzögernde Wirkung, daß der Grenzwertmelder 38 auf kurzzeitig auftretende elektrische Störsignale anspricht Vom Grenzwertmelder 38 werden Meldesignale abgegeben und optische Überwachungseinrichtungen 39, akustisehe Überwachungseinrichtungen 40 und/oder sonstige Überwachungseinrichtungen 41, insbesondere ein Prozeßrechner, angesteuert

Um beim Einschalten der Versorgungsspannung eine Alarmabgabe des Grenzwertmelders 38 zu vermeiden,

ίο ist dem Grenzwertmelder 38 eine nach Einschalten der Versorgungsspannung verzögert ansprechende Anordnung 42 z. B. ein Relais nachgeschaltet dessen Kontakte nach Anlegen der Versorgungsspannung verzögert geschlossen werden.

Beim Ausfall des Wechselspannungsüberwachungssignals durch Drahtbruch, Ausfall des Generators 9, eines Bauteiles des elektrischen Netzwerkes 1 oder der Einrichtung 21 bzw. der Bauteile 36, 37 fällt das Eingangssignal des Grenzwertmelders 38 aus, so daß der Grenzwertmelder A lärm auslost.

Das Werhseispannungsüberwachungss'jnai ist durch einen Schalter 43 von Hand oder durch eine von der Einrichtung 21 angesteuerte Überwachungseinrichtung 41 abschaltbar. Die Überwachung kann durch öffnen des Schalters 43 am Ausgang des Generators 9 überprüft werden, ohne daß das Nutzsignai am Ausgang des Operationsverstärkers 24 beeinflußt wird. Eine automatische Überprüfung kann dadurch vorgenommen werden, daß die Überwachungsein! ichtung 41 den Schalter 43 in vorgegebenen Zeitabständen für kurze Zeit öffnet und die im ungestörten Zustand dabei auftretenden AlarmmeJdungen des Grenzwertmelders 38 auswertet und einen Alarm unterdrückt

Werden durch das Nutzsignal ein oder mehrere Verstärker des elektrischen Netzwerkes 1 oder der Operationsverstärker 24 übersteuert so wird das gegenüber dem übersteuernden Nutzsignai kleine überlagerte Wechselspannungsüberwacliungsiignal nicht mehr übertragen und das Wechselspannungsüberwachungssignal gelangt nicht mehr bis zum Stellgrößenausf,dng 35 des Verstärkers 28, wodurch dann ein Alarm ausgelöst wird.

In F i g. 2 ist das zu überwachende elektrische Netzwerk aus Bauelementen aufgebaut, die bei konstanter Frequenz keine wesentliche Veränderung der Phasenverschiebung bewirken. In diesem Fall ist es möglich, den Verstärker 28 über das Koppelelement 47 unmittelbar mit dem Ausgang 46 des Netzwerkes 1 und den Stellgrößenausgang 35 des Verstärkers 28 über einen Eingang 44 mit einem Widerstand 45 des Operationsverstärkers 8 zu verbinden. Der Stellgrößenausgang 35 des Verstärkers 28 ist mit einem Eingang 44 eines riie Eingangsstufe des Netzwerkes 1 bildenden Eingangsverstärker 2 verbunden, der als Summierverstärker ausgebildet rrA auf dessen anderen Eingängen 3 bzw. 4 das Wechselspannungsüberwachungssignal und das Nutzsignai aufgespaltet ist. Dadurch kann eine Einsparung von Bauelementen erzielt werden (gegenüber F ι g. 1 kann der Operationsverstärker 24 mit

bo seinen Beschaltungselementen entfallen). Der Verstärker 28 ist so ausgebildet, daß das Signpl am Stellgrößenausgang 35 dem Wechselspannungsüberwachungssignal am Eingang 3 des Netzwerkes 1 entgegenwirkt und somit bereits am Ausgang des Operationsverstärkei s 3 und damit auch am Ausgang 46 des elektrischen Netzwerkes das Wechselspannungsüberwachungssignal gegen Null geht.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Fig. I ist in

F i g. 2 anstelle eines Koppelkondensators 27 ein aktives oder passives Koppelelement 47 verwendet. Dadurch kann der Frequenzabstand zwischen Wechselspannungsüberwachungssignal und oberer Grenzfrequenz des Nutzsignals stark verringert und der Störabstand der Überwachung verbessert werden.

Zusammenfassung
Überwachungeines elektrischen Netzwerkes

Zum Überwachen eines elektrischen Netzwerkes (1) auf Ausfall, Drahtbruch und Übersteuerung eines elektrischen Bauelementes wird dem Nutzsignal (Ue) am Eingang des elektrischen Netzwerkes eine Wechselspannung überlagert. Am Ausgang des Netzwerkes ist eine Einrichtung (21) vorgesehen, in der aus dem Wechselspannungssignal ein invertiertes Signal gebildet wird, das derart ins Netzwerk zurückgeführt wird, daß das Wechseispannungssignai am Ausgang der Einrichtung (21) annähernd Null wird und somit das Ausgangsnutzsignal (Ua)dort zur Verfügung steht.

1 elektrisches Netzwerk

2 Eingangsverstärker

3 Eingang

4 Eingang

5 Eingangswiderstand

6 Eingangswiderstand

7 Rückführwiderstand

8 Operationsverstärker

9 Generator

10 Trennverstärker

11 Phasenschieber

12 Eingangswiderstand

13 Eingangswiderstand

14 Phasenschieberkondensator

15 Rückführwiderstand

16 Operationsverstärker

17 Differenziereinrichtung

18 Differenzierkondensator

19 Operationsverstärker

20 Rückführwiderstand

21 Einrichtung

22 Eingangswiderstand

23 invertierender Eingang

24 Operationsverstärker

25 Rückführwiderstand

26 nicht invertierender Eingang

27 Koppelkondensator

28 Regler

29 Operationsverstärker

30 Operationsverstärker

31 Rückführung

32 Koppelkondensator Jj Kuckführung

34 Eingangswiderstand

35 Stellgrößenausgang

36 Gleichrichter

37 Tiefpaß

38 Grenzwertmelder

39 optische Überwachungseinrichtung

40 akustische Überwachungseinrichtung

41 sonstige Überwachungseinrichtung

42 v_kvzögert ansprechende Anordnung

43 Schalter

44 Eingang

45 Widerstand

46 Ausgang

47 Koppelelement

48 Ausgang

Ue Eingangs-Nutzsignal Ua Ausgangs-Nutzsignal

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Oberwachen eines elektrischen Netzwerkes auf Ausfall, Drahtbruch und Übersteuerung eines elektrischen Bauelements durch Oberlagerung des Nutzsignals mit einem Wechselspannungsüberwachungssignal am Eingang des elektrischen Netzwerkes, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang (46) des zu überwachenden Netzwerkes (1) eine Einrichtung (21) vorgesehen ist, in der aus dem Wechselspannungsüberwachungssignal ein invertiertes Wechselspannungssignal gebildet und derart in das Netzwerk zurückgeführt wird, daß das Wechselspannungsüberwachungssignal am Ausgang (48) der Einrichtung (21) gegen Null geht und somit das Nutzsignal dort zur Verfügung steht und daß das in das Netzwerk zurückgeführte invertierte Wechselspannungssignal zugleich einer Überwachungseinrichtung (36 bis 42) zugeführt wird, die bei Fehlen des invertierten Wechselspannungssignals anspricht

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (21) mit einem als Regler wirkenden Verstärker (28) ausgerüstet ist, dessen Regelgrößeneingang über ein Koppelglied (27 bzw. 47) mit dem Ausgang (48) der Einrichtung (21) verbunden ist und dessen Führungsgröße Null ist

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daT dem Ausgang (46) des Netzwerkes (1) ein als Summierverstärker ausgebildeter Operationsverstärker (24) nachgeschaltet ist dessen erster Eingang mit dem Ausgang (46) des Netzwerkes (1) und dessen zweiter Eingang ni,. dem Stellgrößenausgang (35) des Verstärkers (28) verbunden ist (Fig. 1).

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellgrößenausgang (35) des Verstärkers (28) mit einem Eingang (44) eines die Eingangsstufe des Netzwerkes (I) bildenden Eingangsverstärkers (2) verbunden ist der als Summierverstärker ausgebildet ist und auf dessen anderen Eingängen (3 bzw. 4) das Wechselspannungsüberwachungssignal und das Nutzsignal aufgeschaltet ist (F i g- 2).

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselspannungsüberwachungssignal durch einen Schalter (43) von Hand oder durch eine von der Einrichtung (21) angesteuerte Überwachungseinrichtung (41) abschaltbar ist.