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Schutzschaltungsanordnung zur Feststellung eines
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Leerlaufs in Sensoren und zur Erzeugung einer Anzeige eines solchen
anormalen Zustandes in einem Multiplexsystem
Beschreibung Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung zur Feststellung eines Leerlaufs
in Sensoren und zur Erzeugung einer Anzeige eines solchen anormalen Zustands in
einem Multiplexsystem, bei dem eine Vielzahl von analogen Sensoren kleiner Impedanz
durch Zweidraht-Eingangsdatenleitungen über Rauschfilter ansprechende Schalter eines
Kommutators geschaltet sind, dessen Ausgang an einen Analog-Digitalwandler angekoppelt
ist, und bei dem die Rauschfilter jeweils einen Kondensator enthalten, wobei Analogdaten
von den Sensoren durch den Kommutator sequentiell auf den Analog-Digitalwandler
-gegeben werden, um entsprechende Digitaldaten in einem vorgegebenen Normalbereich
zu erzeugen.
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In industriellen Prozeßsteuerung ist es erforderlich, an erschiedenen
Stellen gewonnene Daten zu einem zentralen Computer oder zu einer Steuerstation
zu übertragen. Die zu einem gemeinsamen Empfangsgerät zu übertragenden Daten können
Änderungen des Drucks, der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit oder einer anderen
Prozeßvariablen sein.
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Generell werden diese Daten mittels einzelnen analogen Sensoren gewonnen,
welche die Prozeßvariable an verschicdenen Stellen in entsprechende Analogsignale
überführen.
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Ein Fernmeßsystem, bei dem das Ausgangssignal jedes Sensors über eine
getrennte Drahtleitung zu einem entfernten Gerät übertragen wird, ist speziell dann
nicht brauchbar, wenn viele Sensoren vorhanden sind. Die große Anzahl von dann vorhandenen
Leitungen sowie deren Länge macht ein Vielleitungssystem unverhältnismäßig aufwendig.
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Es sind Multiplex-Techniken bekannt geworden, bei denen Digitalwerte,
welche aus den durch die analogen Sensoren erzeugten Daten gewonnen werden, sequentiell
über einen einzigen Hauptkanal zu einem digitalen Computer oder einem anderen
Empfangsgerät
übertragen werden, wobei dann die Notwendigkeit entfällt, ebenso viele Fernmeßleitungen
vorzusehen, wie Sensoren vorhanden sind. Ein Zeitteilungs-Multiplexsystem dieser
Art verwendet einen elektronischen oder mechanischen Kommutator in der Sendestation,
um die durch jeden analogen Sensor erzeugten Daten sequentiell zu tasten, wobei
das Ausgangssignal des Kommutators auf einen Analog-Digitalwandler gegeben wird.
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Um eine Prozeßsteuerung durchzuführen, wird das Ausgangssignal des
Analog-Digitalwandlers auf einen zentralen digitalen Computer gegeben, welcher mittels
eines mit dem Sende-Kommutator synchron laufenden Empfangs-Kommutators die gemessenen
Prozesse über Endsteuerelemente sequentiell steuert. Ist beispielsweise jeder analoge
Sensor im analogen Untersystem ein Thermoelement, das die Haupttemperatur in einer
Prozeßlinie erfaßt, so kann das diesem Sensor zugeordnete Endsteuerelement ein Ventil
sein, das ein Kühlmedium in der notwendigen Menge in die Prozeßlinie eingibt, um
die darin herrschende Temperatur in Ubereinstimmung mit der Prozeßtemperatur auf
einen Sollwert einzustellen, mit dem die Prozeßvariable verglichen wird.
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Entsteh-jedoch in einem bestimmten Sensors ein abnormaler Zustand,
wie beispielsweise ein Leerlauf, so gerät das zugehörige Endsteuerelement außer
Kontrolle, was zu einem nicht mehr überwachten Prozeßablauf und damit zu schwerwiegenden
Konsequenzen führt. Es ist daher wünschenswert, in Verbindung mit jedem im Multiplexsystem
vorhandenen analogen Sensor eine Schutzanordnung vorzusehen, um das Auftreten eines
anormalen Zustandes festzustellen und einen Alarm oder eine andere Anzeige auszulösen,
damit eine Bedienungsperson Mßnahmer zur Verhinderung der Zerstörung der nicht mehr
überwachten Anlage bzw. des Prozesses einleiten kann.
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Eine bekannte Form einer Schutzanordnung für diesen Zweck ist ein
zentral mit Spannung versorgter Detektor, welcher ein Offset-Strom in die gemeinsame
Leitung zwischen den an die analogen Sensoren gekoppelten Kommutator und den Analog-Digitalwandler
einspeist, welcher die von diesen Sensoren abgeleiteten getasteten Analogwerte sequentiell
in die entsprechenden Digitalsignale überführt.
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Befindet sich bei dieser bekannten Schutzanordnung der spezielle,
durch den Kommutator getastete analoge Sensor in seinem Normalzustand kleiner Impedanz,
so überführt der Analog-Digitalwandler den durch diesen Sensor erzeugten Analogwert
keinen in einem gültigen Bereich liegenden Digitalwert. Ist jedoch der getastete
analoge Sensorkreis offen und damit defekt, so erzeugt der Offset-Strom eine außergewöhnlich
große Offset-Spannung an der offenen Impedanz, so daß der Analog-Digitalwandler
diese Spannung in einen außerhalb des gültigen Bereiches liegenden Digitalwerts
überführt. Die aus diesem anormalen Wert resultierende Anzeige liefert den geforderten
Alarm.
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Eine zentral mit Spannung versorgte Schutzanordnung, welche einen
allen sequentiell getasteten analogen Sensorkreisen gemeinsamen Offset-Strom erzeugt,
liefert einen Feh -rwert, welcher jedem analogen Eingangssignal hinzuaddiert wird,
so daß eine Fehlerkorrektur notwendig wird. Ein schwerwiegender Nachteil einer derartigen
bekannten Anordnung ist jedoch darin zu sehen, daß in Verbindung mit jedem analogen
Sensorkreis ein RC-Filter zur Rauschunterdrükkung erforderlich ist Ein Filter dieser-Art
dient zur Unterscheidung zwischen dem analogen Nutzsignal und dem überlagerten Rauschen,
wodurch das Signal-Rauschverhältnis des analogen Eingangs-Untersystems verbessert
wird Bei einer zentral mit Spannung versorgten Schutzanordnung kann jedoch eine
Eingangsfilterung
nicht verwendet werden, da der Filter-Kondensator
sich wie ein Kurzschluß für den Offset-Stromimpuls verhält. Damit wird die Fähigkeit
der Rauschunterdrückung im Normalbetrieb des gesamten analogen Eingangs-Untersystems
begrenzt.
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Zur Vermeidung der Nachteile einer zentral mit Spannung versorgten
Schutzanordnung und zur Ermöglichung des Einschaltens eines Rauschunterdrückungsfilters
für jeden Sensor ist es bekannt geworden, eine individuell mit Spannung versorgter
Anordnung vorzusehen, bei der in die Eingangsleitung jedes analogen Sensors von
einer gesonderten Spannungsquelle in Serie mit einem hochohmigen Widerstand ein
Offset-Strom eingespeist wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung
zur Feststellung des Auftretens einer anormalen Bedingung in jedem Kreis einer Vielzahl
von Sensorkreisen im Eingangs-Untersystem eines Multiplexsystems sowie zur Anzeige
dieser Bedingung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schutzschaltungsanordnung der eingangs
genannten Art durch folgende Merkmale gelöst: Eine der entsprechenden Dateneingangsleitung
zugeordnete Vielzahl von Optokopplern, welche jeweils eine lichtemi-ierende Diode
und einen von dieser ausgesandtes Licht aufnehmenden Phototransistor aufweisen,
eine gemeinsame an die Dioden der Optokoppler gekoppelte Speisespannungsquelle zur
Erregung der Dioden zwecks Erzeugung einer Photospannung durch die Phototransistoren,
und jeweils ein zwischen jeweils eine Dateneingangsleitung geschaltetes und den
zu der jeweiligen Dateneingangsleitung gehörenden Phototransistor enthaltendes Netzwerk
hoher Impedanz zur Erzeugung eines Offset-Stroms, der bei Überbrückung des Netzwerkes
durch einen Sensor kleiner Impedanz bei Normalbedingungen unwirksam ist und der
bei Aufhebung der Überbrückung durch einen leerlaufenden Sensor
den
Filter-Kondensator auf einen Potentialwert auflädt, bei dem der entsprechende Digitaldatenwert
zur Anzeige eines anormalen Zustands außerhalb des Normalbereichs liegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung handelt es sich
insbesondere um eine Schutzanordnung für eine Vielzahl von Sensoren in Form von
Thermoelementen, welche jeweils durch eine Eingangsleitung über ein Rauschfilter
an den Kommutator angekoppelt ist. Die Schaltungsanordnung enthält eine entsprechende
Anzahl von Optokopplern, deren lichtemittierende Dioden durch eine gemeinsame Spannungsquelle
erregt werden, welche von den Sensorkreisen elektrisch isoliert ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung
ist darin zu sehen, daß zur Erzeugung des Offset-Stromes mehrere Spannungsquellen
ninht vorgesehen werden müssen. Darüber hinaus bedingt der Offset-Strom kein Fehlersignal,
wie dies bei Schutzanordnungen mit zentraler Spannungsversorgung der Fall ist. Weiterhin
bietet die erfindungsgemäße Schutzschaltungsanoranung den Vorteil, daß jeder Analogsensorleitung
ein wenig aufwendiger und damit billiger Optokoppler zugeordnet ist, wobei eirgemeinsame
Batterie den Erregungsstrom für die lichtemittierenden Dioden der verschiedenen
Optokoppler mit einem Stromwert unterhalb des normalen Nennwertes liefert, wodurch
die Lebensdauer der Batterie verlängert wird Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße
Schutzschaltungsanordnung wartungsfrei, wobei die Erregung der Dioden so programmiert
wird, daß sie lediglich während eines Prüfzyklus arbeiten, wodurch der Lelstungsverbrauch
der Schutzschaltungsanordnung minimal gehalten wird.
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Die erfindungsgemäße Schutzschaltungsanordnung stellt das Auftreten
eines Leerlauf 5 in jedem möglichen Sensor fest und liefert eine Anzeige dieses
anormalen Zustandes. Die Schaltungsanordnung enthält insbesondere eine der Anzahl
der Snesoren entsprechende Anzahl von Optokopplern. Die lichtemittierende Diode
jedes Optokopplers wird durch eine allen Optokopplern gemeinsame Spannungsquelle
erregt, wobei das durch die Diode emittierte Licht jedes Optokopplers durch einen
Phototransistor erfaßt wird, welcher über hochohmige Widerstände zur Bildung eines
einen kleinen Offset-Strom erzeugenden Netzwerkes an die Leitung angekoppelt ist.
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Unter Normalbedingungen macht der dem Netzwerk mit hoher Impedanz
parallelliegende Sensor mit kleiner Impedanz den Offsetstrom unwirksam. Tritt jedoch
ein Leerlauf auf, so lädt der Offset-Strom den Kondensator des Filters auf einen
hohen Pegel mit einer Polarität auf, welcher der durch einen wirksamen Sensor erzeugten
normalen Polarität entgegengerichtet ist. Infolgedessen hat der durch den Konverter
als Funktion der Tastung von einem leerlaufenden Sensor erzeugte Digitalwert einen
anormalen Wert außerhalb des gültigen Bereiches, wodurch eine Anzeige des Leerlaufes
gegeben ist.
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Spezielle weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in
Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild
eines konventionallen digitalen Multiplexsystems mit einer Vielzahl von analogen
Sensoren;
Fig. 2 ein Schaltbild einer bekannten, jeweils gesondert
mit Spannung versorgten Schutzschaltungsanordnung für das Multiplexsystem zur Erfassung
und zur Anzeige des Auftretens eines Leerlaufs in den Sensoren; Fig. 3 eine erfindungsgemäße
Schutzschaltungsanordnung; Fig. 4A eine schematische Darstellung eines zur Verwendung
in der Schutzschaltungsanordnung nach Fig. 3 geeigneten Optokopplers; Fig. 4B eine
perspektivische Darstellung einer kommerziellen Ausführungsform des Optokopplers;
und Fig. 5 eine andere Ausführungsform zur Erregung der Dioden des Optokopplers.
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Fig. 1 zeigt ein konventionelles Multiplex-Fernmeßsystem mit einem
Sender 10 zur Überführung von Daten von einer Gruppe von analogen Sensoren S0 bis
S7 über einen einzigen Kanal 11 zu einem zentralen Empfangsgerät, das einen digitalen
Computer 12 enthält. Anstelle der acht dargestellten Sensoren kann in der Praxis
auch eine größere oder kleinere Anzahl von Sensoren verwendet werden.
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In einem Prozeß steuersystem werden bestimmte Prozeßvariable in äquivalente
elektrische Signale überführt, welche zur Einstellung eines die Prozeßvariable festlegenden
Endsteuerelementes dienen. Beispielsweise können Änderungen in der Temperatur durch
ein Thermoelement-erfaßt werden, das als Funktion der in einer Prozeß linie oder
in einem Kessel herrschenden Temperatur eine analoge Spannung erzeugt. Beispielsweise
können die Elemente S0 bis S7 als analoge Sensoren wirkende Thermoelemente mit kleiner
Impedanz sein.
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Die erfindungsgemäße Schutzschaltungsanordnung ist jedoch auch für
andere Arten von analogen Sensoren, wie beispielsweise reaktive Elemente mit kleiner
Impedanz anwendbar, um Änderungen eines Druckes, eines Flüssigkeitspegels oder einer
anderen Prozeßvariablen in einen entsprechenden elektrischen Analogwert zu überführen.
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Im Sender 10 wird die durch die Thermoelement-Sensoren bis S7 erzeugte
Anzahl von (acht) analogen Signalen mittels eines generell mit 13 bezeichneten Sende-Kommutators
sequentiell getastet. Dieser Kommutator wird durch eine entsprechende Anzahl (acht)
von einzeln betätigbaren Schaltern TSo bis TS7 gebildet. Der Sensor S0 ist über
eine Zweidrahtleitung LQ und ein RC-Filter 14 an den Schalter TSo angekoppelt. Die
weiteren Sensoren sind entsprechend über Leitungen L1, L2 und so weiter sowie über
entsprechende Rauschfilter 14 an die entsprechend bezeichneten Schalter angekoppelt.
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Alle Sende-Kommutatorschalter sind parallelgeschaltet. Da die Schalter
sequentiell betätigt werden, werden von den analogen Sensoren S0 bis S7 abgeleitete
Datentastwerte sukzessive auf den Eingang eines Analog-Digitalwandlers 15 gegeben.
Das Ausgangssignal dieses Wandlers wird durch einen Verstärker 16 auf einen für
eine Übertragung über den Kanal 11 zum digitalen Computer 12 in der zentralen Empfangsstation
geeigneten Wert verstärkt. Da das Ausgangssignal des Wandlers 15 ein Digitalsignal
ist, bedeutet Verstärkung in einfacher Weise einen Puffer oder einen Leitungstreiber,
welcher große Ströme in eine Leitung kleiner Impedanz schalten kann.
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In vielen Fällen ist der Analog-Digitalwandler bereits in der Steuer-Computeranlage
angeordnet. Das Ausgangssignal des Wandlers wird daher direkt über eine Gruppe von
Eingangsleitungen
in die CPU eingegeben. Befindet sich der Analog-Digitalwandler
in einem Fern-Datensammelgerät, so kann sein Ausgangssignal zu einer zentralen Empfangsstation
übertragen werden.
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Der Computer 12 vergleicht die von den Sensoren abgeleiteten digitalen
Tastwerte mit einem Sollwert und liefert eine Folge von digitalen Steuersignalen,
welche durch einen Digital-Analogwandler 17 in eine Analogform rücküberführt werden.
Das Ausgangssignal des Wandlers 17 wird in einen Empfangskommutator 18 eingespeist,
welcher synchron mit dem Sendekommutator 13 arbeitet. Die acht Schalter des Empfangskommutators
werden sequentiell betätigt, um Ausgangssignale O0 bis O7 zur Betätigung von Endsteuerelementen
zu erzeugen, welche den entsprechenden durch die Sensoren S0 bis S7 abgefühlten
Prozessen zugeordnet sind.
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In der Praxis enthalten die Leitungen 0O bis 07 jeweils einen Tast-
und Haltekreis, wie er beispielsweise in der US-PS 3 784 919 beschrieben ist. Jeder
Tast- und Haltekreis überführt dabei den analogen Tastwert in eine entsprechende
Spannung, deren Amplitude für eine ausreichende Zeitperiode aufrechterhalten wird,
um eine Lücke zwischen aufeinanderfolgend empfangenen Tastwerten zu vermeiden, wodurch
anstelle eines intermittierenden Ausgangssignals ein kontinuierliches Ausgangssignal
erzeugt wird.
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Die Sender- und Empfangskommutatorschalter können elektronische oder
elektromechanische Schalter sein. Im Fall von elektromagnetisch betätigten Schaltern
werden die Steuerspannungen den Schalterwicklungen zugeführt, während im Falle von
Festkörperschaltungen die Steuerspannungen deren Steuerelektroden zugeführt werden.
Die Kommutatoren können beispielsweise in der Weise synchron betrieben werden-,
wie dies in der US-PS 3 943 488 beschrieben ist.
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Fig. 2 zeigt eine jeweils gesondert mit Spannung versorgte Schutzschaltungsanordnung
für das analoge Untersystem des konventionellen Multiplexsystems gemäß Fig. 1. Fig.
2 zeigt dabei die Schutzschaltungsanordnung für die Sensorkreise S0 und S1. 1 Die
gleiche Schaltungsanordnung wird für alle anderen Sensorkreise verwendet.
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Der Sensor 5 ist durch die Zweidraht-Eingangsleitung Lg und über das
Rauschfilter 14 an den Analog-Digitalwandler 15 angekoppelt, wobei das Rauschfilter
14 durch einen parallel zur Leitung liegenden Kondensator C und durch im Leitungszug
liegende Widerstände R1 und R2 gebildet wird.
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Die Schutzschaltungsanordnung für jeden Sensor wird durch einen hochohmigen
Widerstand R3 gebildet, welcher in Serie zu einer Batterie B parallel zur Leitung
liegt, um eine zu einem Offset-Strom I führende Offset-Spannung zu erzeugen. Die
Polarität der Batterie ist der Polarität der durch den Sensor erzeugten Spannung
entgegengerichtet.
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Damit wird jeder Sensor-Eingangsleitung von einer gesonderten Spannungsquelle
ein Offset-Strom eingespeist. Arbezet der Sensor Sg oder jeder andere in Betracht
gezogene Sensor im Normalbetrieb, so daß er keinen Leerlauf darstellt, so liegt
diesem Sensor mit kleiner Impedanz das durch die Serienschaltung der Batterie und
dem Widerstand gebildete Netzwert mit hoher Impedanz parallel, so daß der erzeugte
Offset-Strom nicht wirksam ist.
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Im Normalzustand wird die am Kondensator C des Filters erzeugte Eingangssensorspannung
in einen Digitalwert überführt, welcher im normalen bzw. im gültigen Bereich liegt.
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Bildet jedoch der Sensor S0 oder ein anderer Sensor einen
Leerlauf,
so wird der Nebenschluß mit kleiner Impedanz für die Schutzschaltungsanordnung aufgehoben
und der Filterkondensator C durch den Offset-Strom auf einen großen negativen Wert
mit der Zeitkonstante des Filters aufgeladen.
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Der Analog-Digitalwandler erzeugt dann einen entsprechenden Digitalwert
außerhalb des normalen Bereiches. Dieser anormale Wert wird angezeigt oder aufgezeichnet,
um das Vorhandensein eines defekten Sensors anzuzeigen, so daß eine Bedienungsperson
diesen Defekt korrigieren kann, bevor eine Zerstörung einer Prozeßlinie oder einer
Anlage auftritt.
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Da die Schutzschaltungsanordnung für jeden Sensor des Systems eine
gesonderte Batterie erfordert, ergeben sich Installations- und Wartungsprobleme.
Sind nämlich nicht alle Batterien im guten Zustand, so kann die Schutzschaltungsanordnung
einen leerlaufenden Sensor nicht mehr anzeigen.
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Würde man zur Vermeidung dieses Nachteils die Einzelspannungen für
die entsprechenden Schutzschaltungsanordnungen aus einer gemeinsamen Quelle ableiten
wollen, so müßten diese Spannungen voneinander isoliert werden, um eine Wechselwirkung
zwischen den entsprechenden Sensor-Eingangsleitungen zu vermeiden, in welche die
Spannungen eingespe * werden. Eine derartige elektrische Isolation ist aufwendig
und damit teuer.
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Eine Schutzschaltungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet Standard-Optokoppler
I-C der in Fig. 4A dargestellten Art. Ein Optokoppler wird durch eine Injektions-Lumineszenz-Diode
20, welche bei Erregung durch eine Spannungsquelle Licht emittiert, sowie durch
einen dieses Licht aufnehmenden Phototransistor 22 gebildet. Dieser Phototransistor
erzeugt als Funktion der einfallenden Lichtintensität eine Ausgangsspannung von
etwa 3 bis 5 Volt.
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In einer in Fig. 4B dargestellten kommerziellen Ausführungsform ist
der Optokoppler I-C in einem Plastikgehäuse angeordnet, das Umgebungslicht von ihm
fernhält. Außenanschlüsse bilden dabei die notwendigen Anschlüsse für die Diode
und den Transistor.
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Der Phototransistor 22 ist ein bipolarer Transistor, der lediglich
einen Kollektor- und einen Emitteranschluß oder auch einen Basisanschluß besitzen
kann. Die Basis wird über eine kleine Linse mit Licht bestrahlt. Der Kollektorstrom
nimmt mit der Lichtintensität aufgrund der Verstärkung des Basisstroms durch die
Transistorstruktur zu. Da der Optokoppler lediglich eine optische Kopplung zwischen
der Diode und dem Phototransistor besitzt, ist der Phototransistor elektrisch von
der die Diode speisenden Quelle isoliert.
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Aus Fig. 3, welche eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeigt,
ist ersichtlich, daß jeder Sensor-Eingangsleitung Lg, L1, L2 usw. ein Optokoppler
I-C zugeordnet ist.
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Die Basis des Phototransistors 22 ist über einen Widerstand R4 an
einen Leiter der Leitung angekoppelt, während der Emitter über einen Widerstand
R5 an den anderen Leiter der Leitung angekoppelt ist1 wodurch ein der Zweidrahtleitung
parallelliegendes, einen Offset-Strom erzeugendes Netzwerk gebildet wird.
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Die lichtemittierenden Dioden 20 der den Dateneingangsleitungen zugeordneten
Optokoppler sind mit einer gemeinsamen Spannungsquelle 23 parallelgeschaltet, wobei
zu jeder Diode ein strombegrenzender Widerstand R6 in Serie liegt.
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Wenn die Diode eines einem bestimmten Sensor zugeordneten Optokopplers
erregt wird, um Licht zu erzeugen, das von einem Phototransistor.22 aufgenommen
wird, so wird an dessen
Basis-Emitter-pn-übergang eine Photo-EMK
erzeugt. Diese kleine Spannung (Vph - 4 V) wird über die hochohmigen Widerstände
R4 und R5 des Netzwerkes zur Erzeugung eines kleinen Offset-Stroms in die Zweidrahtleitung
eingespeist.
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Arbeitet der Sensor normal und stellt keinen Leerlauf dar, so bildet
er einen Nebenschluß mit kleiner Impedanz für das Phototransistor-Netzwerk mit großer
Impedanz, wodurch der Offset-Strom unwirksam wird. Bildet jedoch einer der Sensoren
einen Leerlauf, so wird der Nebenschluß kleiner Impedanz für das Offset-Netzwerk
aufgehoben, so daß der durch die Spannung erzeugte Offset-Strom den Filterkondensator
C auf ein relativ hohes Potential auflädt, dessen Polarität der normalen durch einen
wirksamen Sensor erzeugten Polarität entgegengerichtet ist.
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Dieses Potential wird durch den Analog-Digitalwandler 15 in einen
Digitalwert überführt, weicher außerhalb des gültigen Betriebsbereiches liegt. Ein
auf einen solchen anormalen digitalen Wert ansprechender Kreis, wie beispielsweise
ein Schwellwertschalter erzeugt einen Alarm oder weist eine Bedienungsperson in
anderer Weise auf das Vorhandensein eines defekten Sensors hin.
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Bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltungsanordnung ist die Spannungsquelle
23 allen Sensoreingangsleitungen gemeinsam, wodurch die Notwendigkeit für gesonderte
Batterien für jede Leitung gemäß bekannten Schaltungsanordnungen entfällt. Da die
Diodenspeisekreise elektrisch von den Dateneingangsleitungen isoliert sind, ist
kein zusätzlicher Aufwand für eine solche Isolation erforderlich.
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Die Dioden können kontinuierlich erregt werden, so daß dann der aus
der gemeinsamen Quelle gezogene Strom einen beträchtlichen Wert annehmen kann, wenn
viele Dioden vorhanden sind, auch wenn jede Diode allein lediglich einen kleinen
Strom
zieht. Der gesamte gezogene Strom kann dadurch minimal gehalten
werden, daß die Dioden mit einem Erregerstrom von etwa 20 % des Datennennwertes
betrieben werden, da zur Erzeugung des notwendigen Offset-Stroms keine große Lichtintensität
erforderlich ist.
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Andererseits kann auch in der zu den Dioden führenden Spannungsversorgungsleitung
ein Schalter 25 vorgesehen werden, der durch eine Programmstufe 26 derart gesteuert
wird, daß den Dioden lediglich während eines Prüfzyklus Spannung zugeführt wird,
wodurch der Stromverbrauch minimal gehalten und die Lebensdauer der Spannungsquelle
erhöht wird.
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Für die erfindungsgemäße Schutzschaltungsanordnung verwendbare Optokoppler
sind kommerziell billig erhältlich und erfordern keine Wartung. Die Optokoppler
P-C sowie die Widerstände R4, R5 und R6 können in einem mit Zuleitungen versehenen
kleinen Gehäuse angeordnet werden, so daß der Einbau der Schutzschaltungsanordnung
in eine Dateneingangsleitung sehr einfach gestaltet wird. In der Schaltungsanordnung
nach Fig. 3 liegen die Dioden 20 parallel zu einer gemeinsamen Spannungsquelle 23
mit jeweils einem Strom begrenzenden Widerstand R6.
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Bei einer abgewandelten, in Fig. 5 dargestellten Ausführunasform liegt
eine Gruppe von acht Dioden über einen Strom begre menden Widerstand R'6 in Serie
zu einer gemeinsamen Spannungsquelle 23, welche beispie.sweise eine Spannung von
+15 V liefert.
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Bei dieser Ausführungsform für die Erregung der Dioden können jeweils
gleiche Gruppen von acht in Serie geschalteten Dioden mit jeweils einem eigenen
Strombegrenzungswiderstand R''6, R''6, usw. vorgesehen werden. Mit einem Strombegrenzungswiderstand
von 100 Ohm und einer Speisespannung von +15 V beträgt der durch eine Gruppe von
acht in Serie geschalteten Dioden gezogene Strom etwa 5 mm. Bei einer Anordnung
mit
parallelgeschalteten Dioden ist der dann gezogene Strom weit größer. Eine Serienschaltung
von Dioden erfordert weniger Strombegrenzungswiderstände als eine Parallelschaltung
von Dioden.
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Anaonsten arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 in gleicher
Weise wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 3.
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