DE29824058U1

DE29824058U1 - Detektionsanordnung für eine Schalteinrichtung

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Publication number: DE29824058U1
Application number: DE29824058U
Authority: DE
Original assignee: BBR BAUDIS BERGMANN ROESCH VER
Current assignee: BBR BAUDIS BERGMANN ROESCH VER
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2008-01-08

Description

Detektionsanordnung für eine Schalteinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Detektionsanordnung für eine Schalteinrichtung mit einer mit einem Anschluss der Schalteinrichtung verbundenen Wechselspannungsquelle und einer an einen anderen Anschluss der Schalteinrichtung angeschlossenen Stromdetektionseinrichtung, deren Detektionssignal einem Eingang einer Auswertungsexnrichtung zuführbar ist, der über einen weiteren Eingang das Ausgangssignal der Wechselspannungsquelle als Referenzsignal zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem Detektionssignal und einem Sollsignal zuführbar ist.

Die Erkennung von Schalterzuständen von Relaiskontakten, Schlüsselschaltern, Weichenlagekontakten o.a. wird in bekannter Tech-

15 nik durch eine antivalente Detektion mit einer Gleichspannung erreicht, die beispielsweise an einen Kontakt eines Wechselschalters angelegt wird. Die beiden Ausgangskontakte des Wechselschalters sind über einen Optokoppler mit Eingängen eines Mikroprozessors verbunden, der als Auswertungsexnrichtung fun-

20 giert. Je nach Schalterzustand sollte von einem der beiden Ausgangskontakte ein Stromflußsignal über den Optokoppler auf den Mikroprozessor übertragen werden. Unabhängig von dem Schalter-

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zustand sind die Optokoppler mit einer weiteren Prüf-Gleichspannung
versorgbar, wobei beide Pole der Spannungsquelle mit
Ein-Aus-Schaltern anschaltbar und abschaltbar sind. Das bekannte Verfahren erfordert zur Funktionsüberwachung der beteiligten
Komponenten eine zyklische Überprüfung der Schaltfähigkeit dieser Komponenten bis hin zum Mikroprozessor. Es erlaubt nur sehr bedingt die Feststellung von Fehlerkomponenten der Schalteinrichtung,
die über einen Fehler des Schalters selbst hinausgehen.
Unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten ist daher die bekannte Schalterzustandsüberprüfung verbesserungsbedürftig.

^ Eine Detektionsanordnung der eingangs erwähnten Art ist durch
DE 41 37 204 Al bekannt. Zur Überwachung von als Ein- und Aus-Schalter
für Verbraucher fungierenden Wechselstromschaltern wird am verbraucherseitigen Ende des Schalters ein Signal als Ist-Signal
abgenommen. In einer Abfrageeinheit wird in Abhängigkeit von der als Referenzsignal zugeführten Phase der Netzspannung
der jeweilige Zeitpunkt der Wechselspannung bestimmt, zu dem
Ist-Informationen erfaßt und zur Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Die Ist-Information wird vorzugsweise in mehreren Perioden der betreffenden Halbwelle der Wechselspannung erfaßt. Nur eine Mehrheit der jeweils erfaßten Informationen werden als gefilterte Ist-Information verwendet, um kurzzeitige Störungen im Wechselspannungsdetektor weitgehend unterdrücken zu können. In
k!5 der Auswerteeinheit wird die gefilterte Ist-Information mit der durch den aktuellen Zustand einer überwachten anlagebedingten
Sollinformation verglichen. Die Sollinformation enthält für jeden überwachten Wechselstromschalter einen Sollzustand, nämlich offen oder geschlossen. Durch den Vergleich dieser Sollinformation mit der gefilterten Ist-Information wird ein Schalterzustandssignal
gebildet, das als digitales Signal die Aussage
"Fehler oder kein Fehler" enthält. Für die Feststellung, ob ein Fehler vorliegt oder nicht, können Toleranzgrenzwerte der Amplitude bezüglich des Nennwertes der Netzspannung und bezüglich der Nennfrequenz der Netzspannung berücksichtigt werden. Die bekannte
Detektionsanordnung ermöglicht somit nur die Überwachung

von einpoligen Schaltern und lediglich die Aussage, ob ein Fehler vorliegt oder nicht.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Problemstellung zugrunde, eine verbesserte Detektionseinrichtung der eingangs erwähnten Art zu erstellen, wobei die Verbesserung in der Erzielung zusätzlicher Informationen über die Art eines Fehlers oder in der Überwachung mehrerer Kontakte eines Umschalters liegen kann.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß eine Detektionsanordnung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung zur Durchführung des Vergleichs zwischen Detektionssignal und Referenzsignal in Amplitude, Frequenz und Phase eingerichtet ist.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Kurvenvergleich der Detektionsspannung und der Referenzspannung in Amplitude, Frequenz und Phase der Wechselspannungssignale bietet den Vorteil, dass neben der Erkennung des Schaltzustandes Fehler der Schalteinrichtung erkannt werden können. So ist es möglich, durch eine Feststellung von Amplitudenänderungen Kurz- bzw. Nebenschlüsse, überlagerte Gleich- oder Wechselfremdspannungen oder defekte niederohmige Eingänge zu detektieren.

Frequenzänderungen können auf einen dominanten Einfall von Fremdwechselspannungen anderer Frequenz hinweisen.

Phasenverschiebungen können durch schädliche Induktivitäten bzw. Kapazitäten der Schalteinrichtung verursacht sein.

Ausgehend von der oben erwähnten Problemstellung ist erfindungsgemäß eine Detektionsanordnung der eingangs erwähnten Art in einem anderen Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass an zwei Anschlüsse eines Wechselschalters zwei Wechselspannungsquellen für verschiedene Wechselspannungssignale anschließbar sind und daß der Auswertungseinrichtung wenigstens ein Ausgangssignal der Wechselspannungsquelle als Referenzsignal zuführbar

Dadurch lassen sich mehrpolige Schalteinrichtungen unproblematisch überprüfen, wobei sich die verwendeten Wechselspannungen durch Ihre Frequenz, Amplitude und/oder Phasenlage unterscheiden können. Dabei können die verschiedenen Wechselspannungen aus dem Ausgangssignal desselben Wechselspannungsgenerators abgeleitet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Detektionssignal dem Eingang der Auswertungseinrichtung über einen

L· Schwellenwertschalter zuführbar. Hierdurch wird das Detektionssignal ein wohldefiniertes Rechtecksignal, dessen Pulsbreite und Pulslage von der Amplitude und der Phase des beispielsweise sinusförmigen Detektionssignals abhängt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung werden die Detektionssignale über einen Optokoppler auf die Auswertungseinrichtung geleitet.

Die Frequenz des Ausgangssignals der Wechselspannungsquelle liegt vorzugsweise zwischen 1 und 15 Hz. Dadurch wird erreicht, dass ein Fehler innerhalb einer maximalen Zeitspanne von 1 s erkannt wird. Hieraus ergibt sich eine untere Frequenzgrenze von p5 1 Hz. Die obere Frequenzgrenze wird beispielsweise für motorgetriebene Weichen durch die induktiven Widerstände der Motorwicklungen bestimmt. Ein praktikabler Wert ist 30 % der Netzfrequenz. Um Überlagerungen mit Fremdwechselspannungen, die in den Anlagen anzutreffen sind (insbesondere 50 Hz als Netzfrequenz) schnell zu erkennen, sollte die verwendete Wechselspannungsfrequenz kein ganzzahliger Teiler von 50 Hz sein. Demzufolge sollten die Wechselspannungen zwischen 1 und 15 Hz liegen. Die Amplituden liegen vorzugsweise im Kleinspannungsbereich, um eine Gefährdung auszuschließen und Isolationsmaßnahmen zu reduzieren.

Praktikabel erscheint ein Spannungswert von 24 Vss (Spitzenspannung) .

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Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figur 4

ein Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektionsanordnung,

zwei Darstellungen von Signalverläufen der Schaltung gemäß Figur 1,

ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Detektionsanordnung für einen Wechselschalter,

vier Darstellungen von Signalverläufen in der Anordnung gemäß Figur 3,

Figur 5 - eine Prinzipschaltung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Detektionsan-

ordnung, die für die Erkennung einer Weichenanlage in Vierdrahtschaltung geeignet ist.

In Figur 1 ist ein Schalter Sl als einpoliger Ein-Aus-Schalter dargestellt. An ein erstes Ende des Schalters Sl ist eine Wechselspannungsquelle Gl für ein Wechselspannungssignal Φ1 angeschlossen, die vorzugsweise eine sinusförmige Wechselspannung erzeugt. An den Ausgangskontakt des Schalters Sl ist eine Leuchtdiode eines Optokopplers OKI angeschlossen. Der Optokoppler OKI bewirkt eine Übertragung des in der Leuchtdiode gebildeten Detektionssignals in eine Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; mit einer galvanischen Trennung. Zwischen dem Optokoppler OKI und der Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; ist ein Schwellenwertschalter SS eingesetzt, der ein Ausgangssignal logisch "1" produziert, wenn die Eingangssignalamplitude einen Schwellenwert U_s überschreitet und im übrigen ein Ausgangssignal logisch "0" auf die Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; leitet. Es entsteht somit ein digitales Signal

mit einem festgelegten Logikpegel, das in der Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; mit einem aus dem Ausgangssignal der Wechselspannungsquelle Gl abgeleiteten Referenzsignal, das einem anderen Eingang der Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; zugeleitet wird, verglichen wird.

Figur 2 läßt die Signalverläufe für das sinusförmige Ausgangssignal der Wechselspannungsquelle Gl und der durch die Schaltschwelle U_s des Schwellenwertschalters SS resultierenden digitalen Signalverlauf erkennen.

Amplitudenänderungen des Detektionssignals führen demgemäß zu einer Änderung der Pulsbreite des gebildeten digitalen Signals am Ausgang des Schwellenwertschalters SS.

Frequenzänderungen, die auf eine Variation in der Wechselspannungsquelle zurückzuführen sind, sind durch den Vergleich zwischen Detektionssignal und Referenzsignal nicht zu ermitteln, können aber durch Vergleich mit einem internen Takt der üblicherweise durch einen Mikroprozessor gebildeten Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; ermittelt werden.

Phasenänderungen, die durch Induktivitäten bzw. Kapazitäten der den Schalter Sl beinhaltenden Schalteinrichtung auftreten kön-W25 nen, können durch Vergleich mit dem Referenzsignal Φ1 festgestellt werden.

Veränderungen der Bauteile, die eine Veränderung der Schaltschwelle des Schwellwertschalters SS bewirken, machen sich als verändertes Pulsverhältnis im Ausgangssignal des Schwellwertschalters SS bemerkbar.

Einfachfehler, die eine der o.a. Veränderungen herbeiführen, werden innerhalb einer Periode des Wechselspannungssignals Φ1 erkannt. Mehrfachfehler, die sich gegenseitig kompensieren und die gleichzeitig auftreten, können nicht erkannt werden. Derartige Mehrfachfehler behindern allerdings zunächst die Funktion

der Schalteinrichtung nicht und stellen dadurch keine Gefahr dar.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Detektion an einem Schalter S2, der als Wechselschalter ausgebildet ist.

Auf die beiden Wechselkontakte des Wechselschalters werden zwei Wechselspannungen von Wechselspannungsquellen Gl, G2 geleitet, so dass der eine Schaltzustand des Schalters S2 durch Detektion der ersten Wechselspannung Φ1 und der andere Schaltzustand des Schalters S2 durch Detektion der zweiten Wechselspannung Φ2 mittels des Optokopplers OKI und des Schwellwertschalters SS möglich ist. Die beiden Wechselspannungsquellen Gl, G2 werden dabei zweckmäßigerweise von demselben Wechselspannungsgenerator gespeist, wenn beispielsweise die beiden Wechselspannungen Φ&Igr;, Φ2 lediglich zueinander phasenverschoben sind.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden beide Wechselspannungen Φ1 und Φ2 als Referenzsignale zwei entsprechenden Eingängen der Auswertungseinrichtung &mgr;&Rgr; zugeleitet.

Figur 4 zeigt die beiden um 180° phasenverschobenen, frequenzgleichen Wechselspannungssignale Φ1 und Φ2 und zur Auswertung

J25 durch den Schwellwertschalter SS herausgebildeten Logiksignale· Neben der Detektion der o.g. Fehler für den einphasigen Schalter Sl kann noch ein Kurz- oder Nebenschluß zwischen den die Signale Φ1 und Φ2 tragenden Leitungen auftreten. Dieser Fehler verändert die Amplitude von Φ1 und/oder Φ2. Ein derartiger Kurz- oder Nebenschluß kann durch eine Adernberührung, durch eine Andernunterbrechung der Massen oder eine erhöhte Belastung durch defekte Eingänge auftreten.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Detektion an einem Schalter S3, der eine Weiche in einer Vierdrahtschaltung ist.

Zwei Anschlüssen werden die Wechselspannungen Φ1 und Φ2 zugeleitet, die an zugeordneten Ausgangsanschlüssen abnehmbar und über

··&diams;

die Optokoppler OKI und 0K2 und die Schwellenwertschalter SSl bzw. SS2 den Auswertungseinrichtungen &mgr;&Rgr;&Igr; bzw. &mgr;&Rgr;2 zugeleitet werden.

Die jeweilige Lage der Weiche ergibt sich aus der Korrelation der an OKI und 0K2 anliegenden Phasen Φ1 bzw. Φ2.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele machen deutlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Prinzip einer Detektionseinrichtung Schalteinrichtungen unterschiedlichster Arten sicher überprüfbar sind, wobei die Erkennung zusätzlicher Fehler möglich ist.

Li/ho

Claims

1. Detektionsanordnung für eine Schalteinrichtung (S1, S2, S3) mit einer mit einem Anschluss der Schalteinrichtung (S1, S2, S3) verbundenen Wechselspannungsquelle (G1, G2) und einer an einen anderen Anschluss der Schalteinrichtung (S1, S2, S3) angeschlossenen Stromdetektionseinrichtung (OK1, OK2), deren Detektionssignal einem Eingang einer Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) zuführbar ist, der über einen weiteren Eingang das Ausgangssignal der Wechselspannungsquelle (G1, G2) als Referenzsignal zur Durchführung eines Vergleichs zwischen dem Detektionssignal und einem Sollsignal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) zur Durchführung des Vergleichs zwischen Detektionssignal und Referenzsignal in Amplitude, Frequenz und Phase eingerichtet ist.

2. Detektionsanordnung für eine Schalteinrichtung (S1, S2, S3) mit einer mit einem Anschluss der Schalteinrichtung (S1, S2, S3) verbundenen Spannungsquelle (G1, G2) und einer an einen anderen Anschluss der Schalteinrichtung (S1, S2, S3) angeschlossenen Stromdetektionseinrichtung (OK1, OK2), deren Detektionssignal einem Eingang einer Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei Anschlüsse eines Wechselschalters (S2, S3) zwei Wechselspannungsquellen (G1, G2) für verschiedene Wechselspannungssignale (Φ1, Φ2) anschließbar sind und dass der Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) wenigstens ein Ausgangssignal (Φ1, Φ2) der Wechselspannungsquelle (G1, G2) als Referenzsignal zuführbar ist.

3. Detektionsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssignal dem Eingang der Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) über einen Schwellenwertschalter (SS, SS1, SS2) zuführbar ist.

4. Detektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionssignale über einen Optokoppler (OK1, OK2) auf die Auswertungseinrichtung (µP, µP1, µP2) leitbar sind.

5. Detektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Ausgangssignale (Φ1, Φ2) der Wechselspannungsquellen (G1, G2) zwischen 1 und 15 Hz liegt.

6. Detektionsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Ausgangssignals (Φ1, Φ2) der Wechselspannungsquellen (G1, G2) der Amplitude einer für Menschen ungefährlichen Niedervoltspannung entspricht.

7. Detektionsanordung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Ausgangssignals (Φ1, Φ2) größenordnungsmäßig 24 Vss beträgt.