DE3044688C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung zur Überwachung betriebswichtiger Größen in Maschinen und Anlagen mit mehreren gleichartigen Kanälen zur Erfassung der betriebswichtigen Größe, deren Ausgangssignale nach Grenzwertbildung einer X-von-Y-Schaltlogik zugeführt werden, die bei Überschreitung der Grenzwerte in X Kanälen ein Ausgangssignal als Alarmsignal abgibt oder eine Schutz­ auslösung durchführt, und mit wenigstens einer Kanal­ überwachungsschaltung, die die Signale der gleichartigen Kanäle stetig miteinander vergleicht und die Abweichung eines einzelnen Kanals als Störung anzeigt.

Eine derartige Sicherheitsschaltung ist aus "Regelungstechnik", Heft 3, 1958, Seiten 93-96, bekannt. Die Kanalüberwachung erfolgt durch Vergleich bzw. Differenzbildung. Handelt es sich beispielsweise um ein 2-von-3-System, so wird die Anlage erst dann abgeschaltet, wenn zwei von den vorhandenen drei Kanälen eine Störung aufweisen und jeweils einen Abschaltbefehl ausgeben. Um die Eigentoleranzen der eigenen Kanäle selbst zu über­ wachen, werden die Meßwerte der Kanäle periodisch oder stetig miteinander verglichen, so daß ein Fehler in einem Meßkanal schnell erkannt und angezeigt wird.

Ferner ist aus der DE-AS 10 77 576 eine Störmel­ dungseinrichtung zur meßtechnischen Überwachung eines Objektes mit größtmöglicher Sicherheit bekannt. Dabei soll insbesondere eine Fehlanzeige infolge mangelnder Isolation, Korrosion oder Zerstörung des Meßorgans ausge­ schlossen werden. Die Anzeige erfolgt durch den Mittel­ wert der über die störungsfreien Kanäle übertragenen Meß­ werte, wobei der Kanal abgeschaltet wird, dessen Meßwert infolge einer Störung von den Meßwerten der anderen Kanäle abweicht.

Für die zuverlässige Überwachung einer Anlage wird eine hohe Ansprechempfindlichkeit angestrebt, wobei anderer­ seits die Zuverlässigkeit der einzelnen Kanäle gewährlei­ stet werden muß. Aufgrund ihrer Eigentoleranzen stimmen die einzelnen Kanäle in ihren Eigenschaften nicht überein. Erreicht z. B. erst ein Kanal seinen Grenzwert, so erfolgt nur die Eigenfehlermeldung für den Kanal, während bei einem 2-von-3-System die Abschaltung der Anlage erst dann erfolgt, wenn auch der Grenzwert eines zweiten Kanals überschritten wird. Von den Eigentoleranzen der Kanäle hängt es somit ab, ob eine echte Fehlermeldung vorliegt oder durch Grenzwerttoleranzen vorgetäuscht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung der eingangs definierten Art verfüg­ bar zu machen, deren Ansprechempfindlichkeit bei gleich­ zeitiger Unempfindlichkeit gegen die Eigentoleranzen der eigenen Kanäle erhöht ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kanalüberwachungsschaltung aus folgenden Teilen besteht:

• a) einer analogen Kanalüberwachungsschaltung, in der das Signal jedes Kanals von dem Signal jedes anderen Kanals subtrahiert wird und die Absolutwerte der Differenzwerte mit vorgegebenen Toleranzwerten verglichen und einer logi­ schen Verknüpfungsschaltung zugeführt werden, die ein kanalselektives Störsignal abgibt,
• b) einer digitalen Kanalüberwachungsschaltung, die aus einer Anzahl Y von Exklusiv-ODER-Gattern besteht, deren Eingängen einerseits die Eingangssignale der X-von-Y- Schaltlogik, andererseits das Ausgangssignal der X-von- Y-Schaltlogik zugeführt werden,
• c) einer Anzahl Y von UND-Gattern, die die Ausgangssignale der analogen und der digitalen Kanalüberwachungsschaltung zur Abgabe einer kombinierten Störungsmeldung verknüpfen.

Für die praktische Anwendung ist ein 2-von-3- System besonders günstig. Ferner läßt sich die Sicher­ heitsschaltung besonders vorteilhaft zur Überwachung einer Turbine einsetzen.

Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines 2-von-3- Systems mit drei Kanälen;

Fig. 2 eine zwei Kanälen zugeordnete Kanal­ überwachungsschaltung und

Fig. 3 die Zusammenschaltung einer analogen und digitalen Kanalüberwachung.

In dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 sind drei Kanäle a, b und c vorgesehen, ein elektronischer Schalt­ kreis 1 für jeden Kanal, in dem die Differenz der Signale von jeweils zwei Kanälen als Absolutwert gebildet |a-b|, |b-c|, |a-c| und mit einem vorgegebenen Toleranzwert Δ x verglichen wird, und die UND-Gatter 2, die den Kanal im Störungsfall selektieren.

In Fig. 2 ist der elektronische Schaltkreis 1, der üblicherweise ein handelsübliches Bauelement sein wird, im einzelnen dargestellt. Im Differenzverstärker 3 kommen jeweils - zyklisch ausgetauscht - die Signale zweier Kanäle an, im Beispiel a + b. Die Absolut-Differenz wird in den beiden in Zweiwege-Gleichrichterschaltung geschalteten Operationsverstärkern 4 verstärkt und dem Summierglied 5 zugeleitet. Dieses besteht aus dem Operationsverstärker 6, das zur Differenzbildung mit dem ankommenden Signal mit einem gewünschten Toleranzwert ΔX x beaufschlagt wird, und aus dem Rückkopplungsbegrenzer 7. Durch die an die Ausgänge angeschlossenen drei UND-Gatter ist es möglich, bei Überschreitung der Toleranzgrenze durch nur ein Analog­ signal den betreffenden Kanal sofort zu bestimmen. Beispiel: Kanal c ist gestört:

|a≈b|, |b c|, |a c|, d. h.

a-Signal ist ungefähr gleich b-Signal, c-Signal weicht je­ doch von a-Signal und von b-Signal über die Toleranzgrenze hinaus ab, es wird die Störung des c-Kanals angezeigt.

Mit der vorbeschriebenen Einrichtung werden also drei analoge Signale gegenseitig überwacht und eine Stör­ meldung abgegeben, wenn der Wert eines Kanals von den beiden anderen Kanälen wesentlich abweicht.

Insbesondere ist es somit möglich, eine Störmel­ dung zu erhalten, bevor auch nur einer der Grenzwertgeber anspricht. Dadurch werden Fehler aufgedeckt, die von einer digitalen Überwachung 2-aus-3-Schutzschaltung allein nicht erkannt werden können.

Zur Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit bei gleichzeitiger Unempfindlichkeit gegen Individualtoleran­ zen der Kanäle wird gemäß Fig. 3 die analoge Überwachung über UND-Gatter mit einer digitalen Überwachung verknüpft, so daß die Störmeldung der digitalen Überwachung unter­ bleibt, wenn sie von der analogen Überwachung nicht bestätigt wird. Die digitale Überwachungseinrichtung besteht aus einer Einrichtung zur Grenzwertbildung 8, einer 2-aus-3- Schaltlogik 9 und einer digitalen Kanalüberwachung 10.

Claims (3)

1. Sicherheitsschaltung zur Überwachung betriebs­ wichtiger Größen in Maschinen und Anlagen mit mehreren (Y) gleichartigen Kanälen zur Erfassung der betriebswichtigen Größe, deren Ausgangssignale nach Grenzwertbildung einer X-von-Y-Schaltlogik (9) zugeführt werden, die bei Über­ schreitung der Grenzwerte in X Kanälen ein Ausgangssignal als Alarmsignal abgibt oder eine Schutzauslösung durchführt, und mit wenigstens einer Kanalüberwachungsschaltung, die die Signale der gleichartigen Kanäle (a, b, c) stetig mit­ einander vergleicht und die Abweichung eines einzelnen Kanals als Störung anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalüberwachungsschaltung aus folgenden Teilen besteht:

• a) einer analogen Kanalüberwachungsschaltung (1, 2, Fig. 2), in der das Signal jedes Kanals (a; b; c) von dem Signal jedes anderen Kanals (b, c; a, c; a, b) subtrahiert wird und die Absolutwerte der Differenzwerte (|a-b|, |b-c|, |a-c|) mit vorgegebenen Toleranzwerten verglichen und einer logischen Verknüpfungsschaltung (2) zugeführt werden, die ein kanalselektives Störsignal abgibt,
• b) einer digitalen Kanalüberwachungsschaltung (10), die aus einer Anzahl Y von Exklusiv-ODER-Gattern besteht, deren Eingänge einerseits die Eingangssignale der X-von-Y-Schaltlogik (9), andererseits das Ausgangssignal der X-von-Y-Schaltlogik zugeführt werden,
• c) einer Anzahl Y von UND-Gattern, die die Ausgangssignale der analogen und der digitalen Kanalüberwachungsschaltung zur Abgabe einer kombinierten Störungsmeldung verknüpfen.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als 2-von-3-System ausge­ bildet ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung bei einer Turbine.