DE3040367C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung zur Überwachung betriebswichtiger physikalischer Größen an hydraulisch gesteuerten und/oder geregelten Maschinen und Anlagen mittels Mehrfachüberwachungskanälen und mehrheits­ bestimmender, als Zwei-von-Drei-System ausgebildeten Schalt­ matrix, wobei jeder Überwachungskanal mindestens einen Überwachungsfühler aufweist.

Eine derartige Sicherheitsschaltung ist aus der DE-PS 17 64 955 bekannt. Die Sicherheitsschaltung weist Mehrfachkanäle auf, die in Schaltmatrizen so zusammenge­ schaltet sind, daß die gleichzeitige Störungsmeldung einer bestimmten Anzahl der Kanäle als mehrheitsbestimmte Meldung weitergeleitet wird und den Alarm auslöst oder die Anlage abschaltet. Diese bekannte Überwachungs- bzw. Sicherheits­ einrichtung arbeitet ausschließlich mit elektrischen Größen, so daß bei hydraulisch gesteuerten Maschinen und Anlagen zusätzliche Verknüpfungsglieder vorgesehen werden müssen, um die hydraulischen in elektrische Größen umzusetzen. Derartige Verknüpfungsglieder sind nicht nur kostspielig, sondern selbst auch störanfällig.

Aus der DE-OS 18 07 280 ist ferner die Verwendung von kombinierten hydraulischen und elektrischen Schaltungen bekannt. Die Verwendung von hydraulischen Anordnungen als logische Verknüpfung ist in W. Oppelt "Kleines Handbuch Technischer Regelvorgänge", Verlag Chemie, 1972, S. 652-656, insbesondere Seite 654, beschrieben.

Ausgehend von der eingangs definierten Sicher­ heitsschaltung liegt dem Anmeldungsgegenstand die Aufgabe zugrunde, die bekannte Sicherheitsschaltung derart weiter­ zubilden, daß die Verknüpfungsglieder entfallen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Patenanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Das Wesen der Erfindung soll anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 das Betriebsschaltbild einer Sicherheitsschaltung und

Fig. 2 bis 5 die schematische Darstellung der hydrauli­ schen Steuerung in verschiedenen Betriebszustän­ den.

Die Prinzipschaltung gemäß Fig. 1 zeigt eine Sicherheitsschaltung mit einer Schaltmatrix, die als Zwei- von-Drei-System ausgebildet ist. Den drei Meßkanälen I, II, III sind ODER-Gatter zugeordnet, deren Ausgänge in einem UND-Gatter verknüpft werden. Wenn Spannung an den Meß­ kanälen vorhanden ist, steht an den Druckschaltern 4, 5 und 6 sowie an der Druckleitung 19 (Fig. 2 bis 5) ein hoher Druck an, wodurch die Schutzbereitschaft hergestellt ist. Wenn die Spannung an den Meßkanälen I, II und III jedoch Null wird, fehlt der Druck an den Druckschaltern 4, 5, 6 und der Druckleitung 19, wodurch eine Schutzauslösung bewirkt wird. Der elektrische bzw. elektronische Teil der Schaltung besteht aus drei an die drei Kanäle I, II, III und den Ausgang des UND/ODER-Gatters angeschlossenen EX-ODER-Gattern. Diese zeigen die Störung eines Kanals selektiv an, wobei das Anliegen einer Spannung an den Störungsanzeigelampen 16, 17 und 18 einer Störung im Kanal III, II, I entspricht.

In den Fig. 2 bis 5 sind verschiedene Betriebs­ zustände der hydraulischen Steuerung der Sicherheits­ schaltung für die Funktion der drei den drei Meßkanälen zugeordneten Oder-Gatter und des gemeinsamen Und-Gatters darge­ stellt.

In der in Fig. 2 dargestellten Situation besteht nun an allen drei Kanälen I, II und III eine ordnungsgemäße ungestörte Bereit­ schaft: alle drei Magnetspulen 1, 2, 3 der Magnetventile haben ange­ zogen und den Druck der Druckflüssigkeit auf die Oberseiten der drei Kolben 7, 8, 9 freigegeben; die Kolben schließen den Abfluß nach 20, der Druck in der Leitung 11 entspricht dem Zulaufdruck bei 10, und die Druckflüssigkeit hält nun das an den Druckanschluß 19 angeschlossene Element im Sinne des Normalbetriebs, beispielsweise ein Schnellschlußventil bei Turbinen geöffnet. Da mit der Freiga­ be des Druckes durch die drei Magnetventile 1, 2, 3 die Druckschal­ ter 4, 5, 6 beaufschlagt werden und die Umschalter 4′, 5′, 6′ betäti­ gen, gleichzeitig jedoch auch die vom Druckschalter 12 betätigten Umschalter 13, 14, 15 aller drei Leitungen umschalten, bleiben alle drei Kanalstörungsanzeigen stromlos.

Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 3 nun eine ordnungsgemäß durch alle drei Kanäle I, II und drei angezeigten Störungsfall: bei 10 tritt die Druckflüssigkeit in den hydraulischen Baustein ein und fließt im gezeigten Auslösezustand bei 20 ab, wenn alle drei fliegend angeordneten Kolben 7, 8, 9 sich in ihrer oberen Endlage befinden und sich infolge der durch die Drossel 11′ begrenzten Ölmenge in der Leitung 11 kein Druck aufbauen kann, weil die Räume oberhalb der Kolben 7, 8, 9 wegen der entregten Magnetventile 1, 2, 3 mit dem Ablauf 20 verbunden sind. Da mit dem Abfall der drei Druckschalter 4, 5, 6 gleichzeitig auch der Auskreuzungsschalter 12 abfällt, erfolgt keine Störungsanzeige an den Kanalstörungsmeldern 16, 17, 18.

Anders ist die Situation gemäß Fig. 4: die Kanäle I und II stehen in Schutzbereitschaft, die Magnetventile 1 und 2 haben angezogen, im Kanal III liegt jedoch eine Störung vor, das Magnetventil 3 bleibt unerregt. Infolge der besonderen Ausbildung der Kolben 7, 8, 9 mit eigentlich drei aktiven Druckflächen und zwei Membran­ dichtungen erhält aber auch der Kolben 9 durch den Verbindungska­ nal vom benachbarten Magnetventil 2 Überdruck von oben und ver­ schließt auch den Zulauf zur Ablauföffnung 20; der Druck nach 19 hin kann sich aufbauen und hält das angeschlossene Element im Normalbetriebszustand. Da jedoch andererseits der Druck am Druck­ schalter 6 durch das Nichtansprechen des Magnetventils 3 wegbleibt, schaltet der Umschalter 6′ nicht um und die Störungsanzeige 16 für den Kanal III erhält Spannung.

In Fig. 5 nun ist die Situation gezeigt, wenn zwei Kanäle ordnungs­ gemäß eine Betriebsstörung der Anlage anzeigen, ein Kanal wegen einer Eigenstörung aber nicht: das Magnetventil des gestörten Ka­ nals I hat angezogen, dadurch erhalten die Kolben 7 und 8 Überdruck von oben und schließen den Abfluß. Da jedoch der Kolben 9 immer noch oben bleibt, kann die Druckflüssigkeit bei 20 abfließen und Normalbetriebshaltedruck in der Leitung 11 bricht zusammen - das bei 19 angeschlossene Element spricht an. Dafür erhält aber der Druckschalter 4 Druck, schaltet den Umschalter 4′ um und läßt Span­ nung an die Störungsanzeige des Kanals I.

Somit ist gewährleistet, daß die Sicherheitsschaltung nach dem 2-von-3-System immer zuverlässig funktioniert, ein gestörter Kanal in jedem Betriebszustand ebenso zuverlässig selektiv angezeigt wird.

Aus Sicherheitsgründen sind die Anschlüsse der elektrischen Strom­ versorgung im gezeigten Beispiel so gewählt, daß beim Ausfall der Stromversorgung in jedem Falle eine Schutzauslösung erfolgt.

Claims (4)

1. Sicherheitsschaltung zur Überwachung betriebswich­ tiger physikalischer Größen an hydraulisch gesteuerten und/oder geregelten Maschinen und Anlagen mittels Mehr­ fachüberwachungskanälen und mehrheitsbestimmender, als Zwei- von-Drei-System ausgebildete Schaltmatrix, wobei jeder Überwachungskanal mindestens einen Überwachungsfühler aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• 1. jeder Überwachungskanal (I, II, III) schaltet im Stö­ rungsfall ein Magnetventil (1, 2, 3) von einer Be­ triebsstellung in eine Störungsstellung;
• 2. jedes Magnetventil (1, 2, 3) betätigt über je einen hydraulischen Druckschalter (4, 5, 6) je einen ersten elektrischen Umschalter (4′, 5′, 6′), der über je eine Doppelleitung und je einen zweiten elektrischen Um­ schalter (13, 14, 15) mit je einer den überwachten Kanal zugeordneten Störungsanzeigelampe (16, 17, 18) in Wechsel­ schaltung so verbunden ist, daß im Normalfall keine der Störungslampen aufleuchtet;
• 3. jedes Magnetventil (1, 2, 3) hält in der Betriebsstel­ lung jeweils zwei von drei fliegend angeordneten Kolben (7, 8; 8, 9; 9, 7) über hydraulische Verbindungswege gegen einen vom Hydraulikzulauf über eine Drossel (11′) ver­ minderten Druck in einer Normalstellung, wodurch beim Auftreten einer Störung in zwei Kanälen einer der fliegend angeordneten Kolben (7, 8, 9) in eine Abschalt­ stellung gebracht wird;
• 4. in der Abschaltstellung werden über die Hydraulik­ schaltung und einen weiteren hydraulischen Druckschal­ ter (12) alle zweiten elektrischen Umschalter (13, 14, 15) betätigt, so daß jeweils nur eine der Störungs­ lampen aufleuchten kann.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (7, 8, 9) zwei ver­ schiedene Durchmesser und dementsprechend zwei Membran­ dichtungen aufweisen, derart, daß die Druckbeaufschlagung von dem jeweils anderen in zyklischer Reihenfolge ange­ schlossenen Magnetventil (1, 2, 3) im Raum zwischen den Membrandichtungen erfolgt.

3. Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulischen Elemente aller Kanäle in einem Baustein zusammengefaßt sind.

4. Verwendung einer Sicherheitsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei einer Gas- oder Dampf­ turbine.