DE29816207U1

DE29816207U1 - Digitaleingabeeinheit

Info

Publication number: DE29816207U1
Application number: DE29816207U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2008-09-10

Description

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Beschreibung
Digitaleingabeeinheit

Die Erfindung betrifft eine Digitaleingabeeinheit mit mindestens einem Eingangskanal, welchem über eine Leitung ein Eingangssignal zuführbar ist, das potentialtrennende Mittel einer Auswerteeinheit übertragen, welche Pegelzustände des Eingangssignals innerhalb eines ersten Schwellwertbereiches einer log. "0" und innerhalb eines zweiten Schwellwertbereiches einer log. "1" zuordnet und welche Mittel zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung aufweist.

Eine derartige Digitaleingabeeinheit ist aus der DE 297 17 369.3 bekannt. Durch geeignete Maßnahmen ist zur Übertragung der Status- und Drahtbruchinformation lediglich ein Optokoppler vorgesehen, wodurch insbesondere in Digitaleingabeeinheiten mit mehreren Eingangskanälen die Anzahl der Optokoppler reduziert und das EMV-Verhalten verbessert wird. Für einen Einsatz in einem sogenannten EX-Bereich ist eine dermaßen ausgebildete Digitaleingabeeinheit gewöhnlich nicht geeignet, da im Hinblick auf die potentialtrennenden Mittel hohe Anforderungen, insbesondere bezüglich des Trennabstandes zwischen Ex- und Nicht-Ex-Seite, gestellt werden. 25

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Digitaleingabeeinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche für einen Einsatz in einem Ex-Bereich geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Für einen Einsatz im Ex-Bereich ermöglicht der Trennverstärker die im Ex-Bereich erforderliche Potentialtrennung zwisehen Ex- und Nicht-Ex-Seite. Der Trennverstärker weist eine genügend große Bandbreite auf, was eine ausreichend schnelle Übertragung von "abgestuften" Analogsignalen ermöglicht.

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Pegelzuständen des analogen Eingangssignals innerhalb eines ersten Schwellwertbereiches wird eine log. "0", Pegelzuständen innerhalb eines zweiten Schwellwertbereiches eine log. "1" zugeordnet. Pegelzustände, die unterhalb des ersten Schwellwertbereiches liegen, bewirken ein erstes Meldesignal, welches auf eine Unterbrechung der Leitung hinweist, und Pegelzustände, die oberhalb des zweiten Schwellwertbereiches liegen, bewirken ein zweites Meldesignal, welches auf einen Kurzschluß hinweist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß den in den Merkmalen des Anspruchs 2 angegebenen Maßnahmen wird die Simulation eines Kurzschlusses sowie die Simulation einer Leitungsunterbrechung ermöglicht.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ergänzungen und Weiterbildungen näher beschrieben und erläutert.

Mit El, E2 sind Eingänge eines Eingangskanals einer Digitaleingabeeinheit bezeichnet, an welche ein Meßwertgeber Mg, z. B. ein Meßwertgeber in Form eines sogenannten Zweidraht-NAMUR-Gebers, über ein Leitungspaar La, Lb anschließbar ist. Eine Versorgungsschaltung, die einen Gegentaktspannungswandler Sw, einen Übertrager Ut, einen Gleichrichter Gr, sicherheitstechnische Dioden Dl, D2 sowie einen Strombegrenzungswiderstand bzw. Sensorwiderstand Rl und einen Analogeingangswiderstand R2 umfaßt, versorgt den Meßwertgeber Mg mit einer für dessen Betrieb erforderlichen NAMUR-Versorgungsspannung Uv2 und mit einem erforderlichen Versorgungsstrom, der in einer Normalbetriebsart die 0/1-Information enthält. Auf einer sogenannten Ex-Seite der Digitaleingabeeinheit ist ein Massepotential Ml und auf der sogenannten von der Ex-Seite getrennten Nicht-Ex-Seite dieser Digitaleingabeeinheit ein Massepotential M2 vorgesehen. Der Analogeingangswiderstand R2 ist in Form eines hochohmigen Entkopplungswiderstands aus-

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gebildet und dient zu einer rückkopplungsfreien Anschaltung von Simulationssignalen.

Es wird angenommen, daß der Meßwertgeber Mg der Digitaleingabeeinheit ein Eingangssignal zuführt. Der Eingangsstrom bewirkt, daß ein erster, mit einem Eingangsverstärker EvI, einem ersten Linearkoppler LkI und einem ersten Ausgangsverstärker AvI versehener, erster Trennverstärker TvI eine an dem Sensorwiderstand Rl und an dem Analogeingangswiderstand R2 abfallende Spannung einer Auswerteeinheit Ae der potentialgebundenen Seite der Digitaleingabeeinheit überträgt. Für den Fall, daß der Pegel des übertragenen analogen Eingangssignals innerhalb eines ersten Schwellwertbereiches liegt, z. B. innerhalb eines Spannungsbereiches, der einem Eingangsstrom von 1,2 mA plus einer Toleranz entspricht, erzeugt die Auswerteeinheit Ae ein Binärsignal log. "0". Für den Fall, daß der Pegel des Eingangsstromes innerhalb eines zweiten Schwellwertbereiches liegt, z. B. innerhalb eines Spannungsbereiches, der einem Eingangsstrom von 2,1 mA plus einer Toleranz entspricht, erzeugt dagegen die Auswerteeinheit Ae ein Binärsignal log. "1".

Es wird im folgenden angenommen, daß die Leitung La, Lb unterbrochen ist. Es fließt kein Eingangsstrom und es wird keine Spannung durch den ersten Trennverstärker TvI erfaßt.

Der erste Schwellwertbereich wird unterschritten, wodurch die Auswerteeinheit Ae ein erstes Fehlersignal Db erzeugt und einer hier nicht dargestellten Signalweiterverarbeitungseinheit überträgt. Dieser wird dadurch angezeigt, daß ein Fehler aufgrund einer Leitungsunterbrechung der Anschlußleitung La und/oder Lb vorliegt.

Es wird im folgenden nun angenommen, daß die Leitungen des Leitungspaares La, Lb kurzgeschlossen sind, wodurch über den Widerstand Rl aufgrund der Dimensionierung der Versorgungsschaltungs-Bauelemente ein Kurzschlußstrom von ca. 8 mA fließt. Die diesem Kurzschlußstrom entsprechende und durch den ersten Trennverstärker TvI über den Analogeingangswider-

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stand R2 erfaßte Spannung liegt oberhalb des zweiten Schwellwertbereiches, wodurch die Auswerteeinheit Ae ein zweites Fehlersignal Ks erzeugt und der Signalweiterverarbeitungseinheit überträgt. Dieser wird dadurch angezeigt, daß ein Fehler aufgrund einer kurzgeschlossenen Anschlußleitung La, Lb vorliegt.

Zur Simulation eines Kurzschlusses sowie zur Simulation einer Leitungsunterbrechung ist eine Ansteuereinheit As vorgesehen sowie ferner ein dieser Ansteuereinheit As nachgeschalteter zweiter Trennverstärker Tv2, ein Komparator Ko und durch diesen Komparator Ko steuerbare Schalter Sl, S2. Der zweite Trennverstärker Tv2 umfaßt einen zweiten Eingangsverstärker Ev2, einen zweiten Linearkoppler Lk2 und einen zweiten Ausgangsverstärker AV2. Die Ansteuereinheit As schaltet dem Komparator Ko über den zweiten Trennverstärker Tv2 ein Sendesignal A, B in Form einer einem Kurzschluß oder einer Leitungsunterbrechung entsprechenden Ausgangsspannung auf. Für den Fall, daß diese Ausgangsspannung einem Kurzschluß entspricht, steuert der Komparator Ko den Schalter S2 derart an, daß dieser einen Verbindungspunkt Vp zwischen dem Analogeingangswiderstand R2 und dem ersten Trennverstärker TvI mit der NAMUR-Versorgungsspannung Uv2 verbindet. Für den Fall, daß diese Ausgangsspannung einer Leitungsunterbrechung entspricht, steuert der Komparator Ko den Schalter Sl an, wodurch der Schalter Sl das Potential für den Eingangsverstärker EvI des ersten Trennverstärkers TvI mit dem Massepotential Ml verbindet.
Die durch die Ansteuereinheit As, den zweiten Trennverstärker Tv2, den Komparator Ko und die steuerbaren Schalter Sl, S2 "nachgebildeten" Betriebszustände "Kurzschluß" und "Leitungsunterbrechung" werden durch den ersten Trennverstärker TvI und die Auswerteeinheit Ae für den Fall erkannt, daß der Trennverstärker TvI und die Auswerteeinheit Ae funktionsgemäß arbeiten. In diesem Fall erzeugt die Auswerteeinheit Ae das entsprechende erste bzw. zweite Fehlersignal. Es ist somit

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erkennbar, ob die Mittel zur Erkennung eines Kurzschlusses bzw. einer Leitungsunterbrechung noch funktionstüchtig sind.

Claims

1. Digitaleingabeeinheit mit mindestens einem Eingangskanal, welchem über eine Leitung (La, Lb) ein Eingangssignal zuführbar ist, das potentialtrennende Mittel einer Auswerteeinheit (Ae) übertragen, welche Pegelzustände des Eingangssignals innerhalb eines ersten Schwellwertbereiches einer log. "0" und innerhalb eines zweiten Schwellwertbereiches einer log. "1" zuordnet und welche Mittel zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung aufweist, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die potentialtrennenden Mittel in Form eines ersten Trennverstärkers (Tv1) ausgebildet sind,

2. daß die Auswerteeinheit (Ae) aufgrund von Pegelzuständen des Eingangssignals unterhalb des ersten Schwellwertbereiches ein erstes Fehlersignal (Db) erzeugt, welches auf eine Leitungsunterbrechung hinweist, und

3. daß die Auswerteeinheit (Ae) aufgrund von Pegelzuständen des Eingangssignals oberhalb des zweiten Schwellwertbereiches ein zweites Fehlersignal (Ks) erzeugt, welches auf einen Kurzschluß der Leitung hinweist.

2. Digitaleingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Digitaleingabeeinheit mit einer Ansteuereinheit (As) versehen ist, welche zur Simulation eines Kurzschlusses oder einer Leitungsunterbrechung über einen zweiten Trennverstärker (Tv2) einem Komparator (Ko) ein Sendesignal überträgt, und

2. daß der Komparator (Ko) zur Simulation einer Leitungsunterbrechung über einen ersten steuerbaren Schalter (S1) das Analogsignal in Richtung Auswerteeinheit (Ae) kurzschließt, falls Pegelzustände des Sendesignals unterhalb des ersten Schwellwertbereiches liegen, und

3. daß der Komparator (Ko) zur Simulation eines Kurzschlusses über einen zweiten steuerbaren Schalter (S2) eine einem Kurzschluß entsprechende Spannung dem ersten Trennverstärker (Tv1) aufschaltet, falls Pegelzustände des Sendesignals oberhalb des zweiten Schwellwertbereiches liegen.