DE3041475C2

DE3041475C2 - Schaltungsanordnung zur Fernüberwachung eines Umschaltkontaktes und der daran angeschlossenen Signalleitungen

Info

Publication number: DE3041475C2
Application number: DE19803041475
Authority: DE
Inventors: Klaus-Jürgen Ing.(grad.) 6392 Neu Anspach Beyer
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1986-01-23
Also published as: DE3041475A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Fernüberwachung eines Umschaltkontaktes und der daran angeschlossenen Signalleitungen auf ihre Funktionstüchtigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE-AS 21 50 523 bekannt. Diese Schaltungsanordnung kann nur Störungen aufgrund eines Bruchs einer der beiden Signalleitungen oder aufgrund eines Bruchs der die Versorgungsspannung zu den Geberkontakten führenden Leitung oder aufgrund eines Schlusses zwischen der Hilfsspannung und einer Signalleitung erkennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Schaltungsanordnung zur Fernüberwachung so zu verbessern, daß zusätzlich auch Störungen aufgrund eines Schlusses zwischen der Versorgungsspannung und Ifj einer Signalleitung oder aufgrund eines Schlusses zwischen dem Bezugspotential und einer Signalleitung

jfj erkannt werden können.

|| Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale

iii 60 gelöst.

!'",' Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach dem Anspruch 1 sind in

';■* den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.

?■■! Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand eines in den Zeich-

'7 nungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 eine schaltungstechnische Realisierung der in der Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung. i}¹ Gleiche Bauelemente sind mit den gieichen Bezugszeichen versehen.

■'■':' Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Fernüberwachung

von Signalleitungen, die mechanische Geberkontakte enthalten. Zwei Signalleitungen 1,2 sind an einen Umschalter S, z. B. einen Endlagenschalter, angeschlossen. Der bewegliche Kontakt 4 des Umschalters3 verbindet eine Versorgungsspannung +U_x mit der Signalleitung 1, wenn sich der bewegliche Kontakt 4-wieinderFig.l dargestellt - in der Stellung A befindet Befindet sich der bewegliche Kontakt 4 in der Stellung B, so ist die Signalleitung 2 mit der Versorgungsspannung +U\ verbunden. Die Signalleitungen 1 und 2 sind über zwei gleich große Schutzwiderstände 5 bzw. 6 mit einer Hilfsspannung -U_x verbunden. Die Hilfsspannung -U₁ weist gegenüber der Versorgungsspannung +U_x eine entgegengesetzte Polarität auf. Die Beträge von Versorgungsspannung +U_x und Hilfsspannuug -U_x sind hier gleich groß gewählt; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Signalleitungen 1 und 2 sind parallel zu den Kontakten des Umschalters 3 mit einem Widerstand 7 abgeschlossen, der höherohmiger als die Schutzwiderstände 5 und 6 ist. Für die folgenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß der Widerstand 7 dreimal so groß wie der Schutzwiderstand S bzw. der Schutzwiderstand 6 ist. Die aD dem Schutzwiderstand 5 anstehende Spannung ist mit U_a und die an dem Schutzwiderstand 6 anstehende Spannung ist mit U_b bezeichnet. Die Spannung U_a ist einem ersten Schwellenwertschaher 8 und die Spannung U_b ist einem zweiten Schwellenwertschalter 9 zugeführt. Den Schwellenwertschaltern 8 und 9 sind zwei elektronische Schalter 10 bzw. 11 nachgeschaliet. Die Schwellenwertschalter 8 und 9 schalten den nachgeschalteten elektronischen Schalter 10 bzw. 11 in den leitenden Zustand, wenn die Spannungen U_n bzw. U_b einen vorgegebenen Grenzwert U_Gi unterschreiten. Sind die Spannungen U_n bzw. U_b größer, so sperrt der zugehörige elektronische Schalter. Die Spannungen U_a und U_b sind außerdem einem Minimalwertauswahlgeräf 12 zugeführt, das die jeweils kleinere der Spannungen U_a und U_b einem weiteren Schwellenwertschalter 13 zuführt. Diese Spannung ist mit U_c bezeichnet Dem Schwellenwertschalter 13 ist ein weiterer elektronischer Schalter 14 nachgeschaltet Der Schwellenwertschalter 13 schaltet den elektronischen Schalter 14 in den gesperre Zustand, wenn die Spannung U_c einen weiteren vorgegebenen Grenzwert U_c, unterschreitet. Ist die Spannung ί'_c größer, so ist der elektronische Schalter 14 leitend. Die elektronischen Schalter 10 und 11 sind über Widerstände 15 bzw. 16 mit einer Spannung +U₂ verbunden. Der Verbindungspunkt des elektronischen Schalten 10 mit dem Widerstand 15 ist mit dem Bezugszeichen 17 und der Verbindungspunkt des elektronischen Schalters 11 mit dem Widerstand 16 ist mit dem Bezugszeichen 18 versehen. Der elektronische Schalter 14 verbindet die elektronisehen Schalter 10 und 11 mit dem Bezugspotential (±) der Spannung +U₂. Mit den Verbindungspunkten 17 und 18 ist eine Äquivalenzschaltung 19 verbunden, an deren Ausgang eine Lampe 20 angeschlossen ist. Die Lampe 20 leuchtet, wenn an den beiden Eingängen der Äquivalenzschaltung 19 das gleiche Potential ansteht.

Sind die Signalleitungen 1 und 2 funktionstüchtig, so ergeben sich für die in der F i g. 1 dargestellte Lage des beweglichen Kontaktes 4 in der Stellung A für die Spannungen U_n, U_b und U_c die folgenden Werte, wobei der Weit der Widerstände 5 und 6 mit R und der Wert des Widerstandes 7 mit 3 R angesetzt ist:

-U_x+^- =-γϋ_χ und

u_tu_t.

Mit den Grenzwerten U_a> = - — U_x und U₀₂ ~~—U_x sind die elektronischen Schalter 11 und 14 leitend,

8 8

und der elektronische Schalter 10 ist gesperrt Am Verbindungspunkt 17 steht die Spannung + U₂ an, und am Verbindungspunkt 18 steht das Bezugspotential an. Für die weitere Signalverarbeitung ist der Spannung +U₂ der Wert »0« und dem Bezugspoterrtial der Wert »1« zugeordnet. Den Eingängen der Äquivalenzschaltung 15 sind die Werte »0« und »1« zugeführt. Am Ausgang der Äquivalenzschaltung 19 steht in diesem Fall der Wert »0« an, und die Lampe 20 leuchtet nicht.

Befindet sich der bewegliche Kontakt 4 in der Lage B, so ergeben sich - unier der Voraussetzung funkiionstüchtiger Signalleitungen 1 und 2 - für die Spannungen U₀, U_b und U_c die folgenden Werte:

U^-U_x+1U_x-WO)-^ --U₁₊-ψ- -±u_u

55 U_b = +U_x und

Mit den Grenzwerten U₀₁ = --U_x und U_Gl = - — U_x sind die elektronischen Schalter 10 und 14 leitend,

8 8

und der elektronische Schalter 11 ist gesperrt. Am Verbindungspunkt 17 steht das Bezugspotential an, und am Verbindungspunkt 18 steht die Spannung +U₂ an. Den Eingängen der Äquivalenzschaltung 19 sind wieder die Werte »0« und »1« zugeführt. Am Ausgang der Äquivalenzschaltung 19 steht auch in diesem Fall der Wert »0« an, und die Lampe 20 leuchtet nicht.

Mit den Verbinilrpgspunkten 17 und 18 sind zwei Leitungen 21 bzw. 22 verbunden, die zur Weiterleitung der der Lage des beweglichen Kontaktes 4 entsprechenden Signale dienen. Die Spannung, die am Verbindungs-

punkt 17 ansteht, ist mit U₄ bezeichnet, und die Spannung, die am Verbindungspunkt 18 ansteht, ist mit U_B bezeichnet. Bei funktionstüchtigen Signalleitungen 1 und 2 ist in der Lage A des beweglichen Kontaktes 4 U₄ = +U₂ und in der Lage B des beweglichen Kontaktes 5 U_B - +U₂. Auf den Signalleitungen 21 und 22 liegen dabei jeweils antivalente Siignale an.

Die erfindungsgcniäßc Schaltungsanordnung meldet eine Störung, wenn eine der Signalleitungen 1 oder 2 oder wenn die die Veirsorgungssparinung +U₁ führende Leitung (Bezugszeichen 23) unterbrochen ist, wenn ein Schluß zwischen der Versorgungsspannung + ü\ und einer der Signalleitungen 1 oder 2 aufgetreten ist, wenn ein Schluß zwischen der Hilfsspannung -U₁ und einer der Versorgungsleitungen 1 oder 2 aufgetreten ist oder wenn ein Schluß zwischen dem Bezugspotential von Versorgungsspannung +U, und Hilfsspannung -i/, und einer der

Signalleitungen 1 oder 2 aufgetreten ist.

Im folgenden wird davon ausgegangen, daß sich der bewegliche Kontakt 4 in der Lage A befindet Aufgrund des symmetrischen Aufbaus der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben sich für die Lage B des beweglichen Kontaktes 4 entsprechende Verhältnisse, wobei jeweils U„ ftegen U_b und U₄ gegen Ug vertauscht sind.

Bei einem Bruch der Signalleitung 1 ergeben sich für die Spannungen U_a, U_b und U_c die folgenden Werte:

U. = -U_u

U^ = IJ, (wift im ungestörten Fa!!) und

" 2 '

Uc - -U₁.

Die elektronischem Schalter 10 und 11 sind leitend, da die Spannungen U_a und U_b kleiner als t/_c, sind, und der elektronische Schalter 14 ist gesperrt, da die Spannung U₁. (die kleinere der Spannungen U„ und U„) kleiner als U_Gt ist. Damit ergeben sich für die Spannungen U_A und U₈ die folgenden Werte:

U₄ = +£/; undl U₈ = +U₂.

Am Ausgang der Aqiuivalenzschailtung 19 steht der Wert »1« (entsprechend +U₂) an, und die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Bruch der Signalleitung 2 ergeben sich für die Spannungen U_a, U_b und £,'<· die folgenden Werte:

U„ = +U₁ (wie im ungestörten Fall), U_b = -U₁ und

U_c = -U₁.

Der elektronische Schalter 10 ist gesperrt, da £/„ > U₀₂. Der elektronische Schalter 11 ist leitend, da U_b < U_C2-Der elektronische Schalter 14 ist gesperrt, da U_e < U_G\- Für die Spannungen U_A und U₈ ergeben sich damit die folgenden Werte:

U_A = +U₂ und U_B = +U₂.

Am Ausgang der Äquivalenzschaltung 19 steht der Wert »1« (entsprechend +U₂) an, und die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Bruch der die Versorgungsspannung + U_x führenden Leitung 23 ergeben sich für die Spannungen U_a. U_h und U_c die folgenden Werte:

U.- I/, - U₁ = -i/,.

Die elektronischen Schalter 10 und 11 sind leitend, da U„ < U₀₂ und U_b < Us₂. Der elektronische Schalter 14 ist gesperrt, da U_c< £/_cl. Für die Spannungen U₄ und U₈ ergeben sich damit die folgenden Werte:

U₄ = +U₂ und V₈ = +U₂.

Die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Schluß zwischen der Versorgungsspannung +U₁ und der Signalleitung 1 ergeben sich für die Spannungen U_a, U_h und U_c dieselben Werte wie im ungestörten Betrieb. Es handelt sich hier um einen »ungefährliehen« Fehler, der sich in der Lage a des beweglichen Kontaktes 4 nicht störend auswirkt Sofern dieser Fehler beim Umschalten des beweglichen Kontaktes 4 in die Lage B noch besteht, wird er in der Lage B gemeldet

Bei einem Schluß zwischen der Versorgungsspannung +t/, und der Signalleitung 2 ergeben sich für die Spannungen U₁₁, U_b und U_c die folgenden Werte:

U_a = +U₁ (wie inn ungestörten Fall),

U_b = +U, und U_r = +U₁.

Die elektronischen Schalter 10 und 11 sind gesperrt, da U_a> U_G2und U_b> i/_(;2, und der elektronische Schalter 14 ist leitend, da U_c> U₍,\. Für die Spannungen U_A und U_B ergibt sich damit:

U_A = +U₂ und U_n = +U₂.

Die Lampe 20 leuchtet als Zeichen fur das Auftreten einer Störung.

Bei einem Schluß zwischen der Hilfsspannung -U₁ und der Signalleitung 1 spricht eine im Zuge der Leitung 23 angeordnete Sicherung 24 an. Für die Spannungen U_a, U/, und U_c ergeben sich dann dieselben Werte wie bei einer Unterbrechung der Leitung 23, und die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Schluß zwischen der Hilfsspannung - {/, und der Signalleitung 2 ergeben sich für die Spannungen U_a, U_b und U_c die folgenden Werte:

U„ = +Ui (wie im ungestörten Fall),

U_h = -U₁ und

U₁ = -U_x.

Der elektronische Schalter 10 ist gesperrt, da U₀ > U_G2- Der elektronische Schalter 10 ist leitend, da U₁, < U₀₂. Der elektronische Schalter 14 ist gesperrt, da U_c< U_Gl. Damit ergibt sich für die Spannungen U_A und U₈:

U_A = +U₂ und U_B = +U₂.

Die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Schluß zwischen dem Bezu.cspotential (*0V) von Versorgungsspannung +U₁ und Hilfsspannung -£/i und der Signalleitung 1 ergeben sich für die Spannungen U_a, U_b und U_c die folgenden Werte:

i/.=0V,

Ä 1 3

= -t/,+[OV-(-£/,)] ^^= -U₁++- U₁ = - ± U₁ und

Der elektronische Schalter 10 ist gesperrt, da U„ > U₀₂. Der elektronische Schalter 11 ist leitend, da U_b < U_G2. Der elektronische Schalter 14 ist leitend, da U_c > f/_Ci· ™^r "'^e Spannungen U_A und U₈ ergeben sich damit dieselben Werte wie im ungestörten Betrieb. D. h. bei einem Grenzwert U_CI = - — U_t erfolgt eine Korrektur des Feh-

8 *"

lers, so daß auf den Leitungen 21 und 22 wieder ungestörte Signale anstehen. Sofern der aufgetretene Fehler beim U mschalten des beweglichen Kontaktes 4 in die Lage B noch besteht, wird er in der Lage B gemeldet. Wird keine Korrektur des Fehlers sondern die Meldung des Fehlers gewünscht, solange sich der bewegliche Kontakt 4

noch in der Lage A befindet, so ist für den Grenzwert U_Gl = - — U_x durch den Grenzwert t/_cl. = - — i/, zu

8 8 ^

ersetzen. In diesem Fall ist U_c < i/_cl., und der elektronische Schalter 14 ist gesperrt. Damit ergeben sich für die Spannungen U_A und U_B die folgenden Werte:

U_A = +U₂ und U_B = +U₁.

Die Lampe 20 leuchtet jetzt als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Bei einem Schluß zwischen dem Bezugspotential (a 0 ^Λ0 und der Signalleitung 2 ergeben sich für die Spannungen Ug, U_b und U_c die folgenden Werte:

U„ = +U\ (wie im ungestörten Fall),

U_h=0V und
U_r =0V.

Die elektronischen Schalter 10 und 11 sind gesperrt, da U_a > U₀₂ und U_b > U₀₂. Der elektronische Schalter 14 ist leitend, da U_c>U_Gl. Damit ergibt sich für die Spannungen U_A und U₈:

U_A = +U₁ und U₈ = +U₁.

Die Lampe 20 leuchtet als Zeichen für das Auftreten einer Störung.

Die Spannungswerte für die Grenzwerte der Schwellenwertschalter ergeben sich - unter Berücksichtigung der Beträge von Versorgungsspannung und Hilfsspannung sowie unter Berücksichtigung der Widerstandswerte

der Schutzwiderstände 5 und 6 sowie des Widerstandes 7 - aus den in den verschiedener. Fehlerfällen sich einstellenden Spannungen U_a und U_b.

Die F i g. 2 zeigt eine schaltungstechnische Realisierung der in der F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung, in der gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehin sind. Die Versorgungsspannung +U\ beträgt +24 V, und die Hilfsspannung - U₁ beträgt -24 V. Die Spannung +U₂ beträgt +5 V. Damit können z. B. TTL-GattPT von den Signalen auf den Leitungen 21 und 22 direkt angesteuert werden. Die elektronischen Schalter sind Optokoppler 10', 1Γ und 14', die eine galvanische Trennung der Spannungen U_a und U_b von den Spannungen t/_A und U_B ermöglichen, wenn die Spannung U₁ = 5 V von den Spannungen ±£/₍ = ±24 V galvanisch getrennt ist. Die Schwellenwertschalter 8,9 und 13 enthalten Transistoren 25,26 bzw. 27. Die mit den Transisto-

ίο ren 25 und 26 verbundenen Dioden 28 bzw. 29 schützen die Transistoren bei positiver Basis gegen einen Durchbruch. Zwei Dioden 30 und 31, die mit den Signalleitungen 1 bzw. 2 verbunden sind, dienen zur Entkopplung. Die Schaltung 12 zur Minimalwertauswahl enthält zwei Dioden 32 und 33, die über einen Widerstand 34, der ca. zehnmal größer als die Schutzwiderstände 5 und 6 ist, mit dem Bezugspotential verbunden sind. Sind die Spannungen U_a und U_b größer oder gleich Null, so sperren die Dioden 32 und 33. Die Spannung U_c kann also nicht größer als eine Spannung -U₀ werden, die geringfügig kleiner als Null ist. Der Grenzwert i/_ci des Schwellenwertschalters 13 ergibt sich zu i/_c, = -U\ + U_LED + U_BE, wobei die Durchlaßspannung der Leuchtdiode des Optokopplers 14 mit U_LED und die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 27 mit U_BE bezeichnet ist. Der Grenzwert U₀₂ der Schwellenwertschalter 8 und 9 ergibt sich zu U₀₂ = ~{U_LED + U₀ + U_BE), wobei die Durchlaßspannung der Leuchtdiode der Optokoppler 10 bzw. 11 mit IJ_L£D., die Durchlaßspannung der Dioden 28 bzw. 29 mit U_D und die Basis-Emitter-Spannung der Transistoren 25 bzw. 26 mit Use bezeichnet ist. Der Transistor 25 ist leitend, wenn U_a < U₀₂. Der Transistor 26 ist leitend, wenn U_b < U₀₂- Der Transistor 27 ist leitend, wenn U_c> U_a\.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Fernüberwachung eines Umschaltkontaktes und der daran angeschlossenen Signalleitungen auf ihre Funktionstüchtigkeit durch Spannungsüberwachung, bei der neben der an den Mit telkontakt angeschlossenen Versorgungsspannung eine Hilfsspannung entgegengesetzter Polarität über je einen Schutzwiderstand auf die mit den Geberkontakten verbundenen Signalleitungcn geschaltet ist und parallel zu den Geberkontakien ein gegenüber den Schutzwiderständen höherohmiger Widerstand angeordnet ist und der Spannungsabfall an jedem der Schutzwiderstände durch eine mit den SignaUeitungen verbundene elektronische Schaltungsanordnung mit einem ersten Schwellenwertschalter überwacht ist, die ίο eine Störungsmeldung abgibt, wenn eine der an den beiden Schutzwiderständen abfallenden Spannungen einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet,

- daß die an den beiden Schutzwiderständen (5, S) abfallenden Spannungen (U_a bzw. U_h) zusätzlich je einem weiteren Schwellenwertschalter (8 bzw. 9) zugeführt sind,

- daß diese beiden Schwellenwertschalter (8,9) je einen elektronischen Schalter (10 bzw. 11) betätigen, is der in den leitenden Zustand geschaltet ist, wfnn die an dem zugehörigen Schutzwiderstand abfallende

Spannung (U_a bzw. U_b) einen zweiten vorgegebenen Grenzwert (£/_C2) unterschreitet,

- daß der erste elektronische Schalter (10) über einen vierten Widerstand (15) und der zweite elektronische Schalter (11) über einen fünften Widerstand (16) mit dem einen Anschluß (+U₂) einer weiteren Spannungsquelle verbunden sind,

- daß der erste (10) und der zweite (11) elektronische Schalter über einen dritten elektronischen Schalter (24) mit dem anderen Anschluß (JL) der weiteren Spannungsquelle verbunden sind,

- daß der dritte elektronische Schalter (14) vom Ausgangssignal des ersten Schwellenwertschalters (13) in den gesperrten Zustand geschaltet ist, wenn die kleinere der an den beiden Schutzwiderständen (5,6) abfallenden Spannungen (U_a bzw. U₀) den ersten vorgegebenen Grenzwert (JJ₀₁) unterschreitet, und - daß eine Vergleicherschaltung (19) vorgesehen ist, die eine Störungsmeldung abgibt, wenn an dem Verbindungspunkt (17) des ersten elektronischen Schalters (10) mit dem vierten Widerstand (15) und an dem Verbindungspunkt (18) des zweiten elektronischen Schalters« 11) mit dem fünften Widerstand (16) dasselbe Potential ansteht

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schwellenwertschalter (8,9,13) Transistoren (25, 26,27) enthalten,

- daß der erste vorgegebene Grenzwert (t/ci) mindestens um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors (27) größer ist als die Hilfsspannung (-Ui) und

- daß der zwtite vorgegebene Grenzwert (i/_C2) mindestens um die Basis-Emitter-Spannung des entsprechenden Transistors (25 bzw. 26) kleiner als das Bezugspotential (±) von Versorgungsspannung (.+U₁) und Hilfsspannung \ -U_t) ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Weiterleitung der dem Schaltzustand der Geberkontakte (4) entsprechenden Signale eine dritte Signalleitung (21) an den Verbindungspunkt (17) des ersten elektronischen Schalters (10) mit dem vierten Widerstand (15) und eine vierte Signalleitung (22) an den Verbindungspunkt (18) des zweiten elektronischen Schalters (11) mit dem fünften Widerstand (16) geschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (10, 11,14) Optokoppler sind und daß dadurch Versorgungsspannung (+i/,) und Hilfsspannung (-U\) galvanisch von der weiteren Spannungsquelle (+U₂) getrennt sind.