DE3124073C2

DE3124073C2 - Verfahren und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur digitalen Überwachung von definierten Stromzuständen oder diesen proportionalen Spannungsabfällen

Info

Publication number: DE3124073C2
Application number: DE19813124073
Authority: DE
Inventors: Michael Ing.(grad.) 1000 Berlin Dobros
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-06-16
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1983-03-24
Also published as: AT383454B; DK150038B; DK150038C; ATA231382A; DK257382A; DE3124073A1; BE893474A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur digitalen Überwachung von definierten Stromzuständen oder diesen proportionalen Spannungsabfällen gegen Unterschreitung, wie es dem Oberbegriff des Anspruches 1 entnehmbar ist

Derartige Verfahren wurden bisher in analoger Technik ausgeführt Dabei wurden sämtliche Stromunterbrechungen angezeigt, auch solche von kurier Dauer, was zu Fehlbeurteilungen führte. Darüber hinaus ergaben sich Schwierigkeiten und Störungen bei kurzzeitigen Einbrüchen der Versorgungsspannung bis auf 10 V. Auch waren die Auslegungen für die verschiedenen Heizstromsysteme (Gleich- und Wechselstrom) nur aufwendig realisierbar.

Für eine geregelte Stromversorgung ist darüber hinaus ein Verfahren zur Überwachung auf Unterspannung bekannt, bei dem ein Fehlersignal ausgegeben wird, sobald Unterspannung der Stromversorgung vorliegt (US-PS 36 70 246). Dabei steht das sofort kommende Fehlersignal — ein Verbotssignal für den Betrieb — auch dann noch etwas länger an, wenn die Versorgungsspannung bereits wieder ordnungsgemäß vorliegt. Das hat mit der Erfindung nichts zu tun.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromabfallerfassung unabhängig vom zeitlichen Verlauf und der Art des Stromes wesentlich störunempfindlicher zu realisieren. Erst bei einer Schwellwertunterschreitung über eine Mindestzeit hinaus soll eine Fehleranzeige erfolgen. Kurzfristige Stromunterbrechungen sollen ganz unberücksichtigt bleiben.

Die so definierte Aufgabe wird nach der Erfindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispieles wird im nachstehenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 eine Überwachungsschaltung für Heizstrom in Blockbilddarstellung,
F i g. 2 das dazugehörige Impulsschema. Nach F i g. 1 wird einem Optokoppler 1 vom Eingang Eher ein dem zu überwachenden Heizstrom proportionaler Spannungswert zugeführt. Es kann sowohl Gleichals auch Wechselstrom verarbeitet werden. Der Spannungswert kann z. B. über den Abgriff an einem Indikator- oder Meßwiderstand gewonnen sein, was als bekannt gelten darf und hier nicht näher dargestellt ist. Der Optokoppler 1 setzt unter Potential-Trennung zwischen Heizstromkreis und eigentlicher Überwachungsschaltung die Eingangsspannung in entsprechende auswertbare Signalwerte mit steilen Flanken um. Dabei werden positive Gleichströme und die positive Halbwelle des Wechselstromes übertragen. Dii: übertragenen Signalwerte beeinflussen ein auf positive Stromanstiege (positive Flanke) ansprechende Mono flop 2 und das wieder ein nachgeschaltetes NOR-Glied 3 (Eingang a). Monoflop 2 überbrückt die negativen

Halbwellen des Wechselstromes, da diese nicht durch den Optokoppler übertragen werden können. Die Monoflop-2- Pulsbreite muß mindestens auf die Periodendauer des Heizstromes eingestellt werden. Zur Erfassung von Gleichströmen ist eine Unogehungsleitung 4 vorgesehen. Der Ausgang des NOR-Gliedes 3 ist über ein weiteres Monoflop 5 variabler Pulsdauer mit einem Eingang a eines weiteren NOR-Gliedes 6 verbunden, das die Kippstufe I eines Speichers 9 ansteuert Ferner ist der Ausgang des NOR-Gliede· 3 ₎₀ noch über dnen Parallelpfad, bestehend aus einem Inverter 7 und einem reihengeschalteten Verzögerungsglied 8 an einen weiteren Eingang b des NOR-Gliedes 6 angeschlossen. Der Ausgang des Speichers 9 ist mit A bezeichnet An diesen Ausgang kann ein Meldegerät, eine Lampe oder dgl. angeschlossen sein. Ein Setzen des Speichers 9 ist mit Anlegen der Versorgungsspannung an die Kippstufe Il möglich, der eine R/C-Verzögerungsstufe 10 vorgeschaltet ist. Mit 11 ist ein Λ/C-Sprungglied bezeichnet, das bei Ansteuerung einen mit der Ladezeitkonstante abfallenden impuls abgibt und durch die an Anschluß 12 über einen Widerstand anschaltbare Versorgungsspannung aktivierbar ist. Diese Aktivierung ist beim Öffnen eines Hilfsschalters 13 gegeben. Erst dann kann die am Anschluß 12 anstehende Spannung, die sonst über einen Widerstand gegen Masse kurzgeschlossen ist, wirksam werden. Mit 14, 15, 16 sind noch weitere Dioden und mit 17 der Schließkontakt des Hauptheizschalters angedeutet.

Zur Darlegung der Funktion wird F i g. 2 hinzugezogen. Sie zeigt die zu den Funktionsblocken der F i gr. 1 gehörigen Impuls- oder Signalzeitverläufe für das Fließen von Heizstrom. Links für einen Wechselstrom, rechts für einen Gleichstrom. Jeweils untereinander liegen die Impuls- oder Signalbilder 2a bis 2k, die zugehörigen Funktionsblocknummern sind linksseitig vermerkt. Umgekehrt sind der Funktion 1 Hinweise auf die zugehörigen Signalbildverläufe entnehmbar.

Es soll von einem Wechselstrom-Heizbetrieb ausgegangen werden. Am Eingang ffdes Optokopplers 1 liegt dann eine dem Heizwechselstrom proportionale Wechselspannung gemäß Fig.2/BMd a an. Es ist ein Sinussignal dargestellt, das in einem beliebigen Verlauf letztlich gegen Null geht Der Optokoppler 1 gibt dabei Impulse entsprechend Bild 2b ab. Sie liegen ersichtlich oberhalb eines einstellbaren Schwellwertes der Leuchtdiode und sind richtungsdefiniert, d. h. ausschließlich positiv. Die Negativwerte werden unterdrückt. Die vom Optokoppler 1 abgegebenen High-(H)- und Low-(L)-Pegel gelangen einerseits direkt über eine Umgehungsleitung (4) auf Eingang b des NOR-Gliedes 3, und andererseits wird über das zwischengeschaltete Monoflop 2 nur der Η-Pegel berücksichtigt. Das Monoflop 2 wird dabei von der positiven Flanke des Ersiimpulses getriggert und gibt einen High-Impuls von z. D. 75 ms Dauer ab, mit der auch die negative nicht erfaßte Halbwelle (bei 16²/3 Hz sind es T = 60 ms) überbrückt wird. Kurzzeitige Unterbrechungen des Stroms (TS 75 ms) werden bereits hier nicht berücksichtigt (vgl. F ig. 2, Bilde). „o

Nur in dem Fall, daß beide Eingänge L-Pegel erhalten, wird der Ausgang des NOR-Gliedes 3 High. Im vorliegenden Fall kann das nur auftreten, wenn die Impulsbreite des Monoflop* 2 (z. B. T = 75 ms) nicht ausreicht — was jedoch bewußt vermieden ist — oder _b5 aber der Heizstrom, egal ob Gleich- oder Wechselstrom, fehlt.

Im vorliegenden Fall, wenn Heizstrom fließt, wird das NOR-Glied 3 somit L-Signal am Ausgang führen (Bild 2d).

Das Monoflop 5 spricht nur auf positive Anstiegsflanken an, d.h. sein Ausgang auf den a-Eingang von NOR-Glied 6 führt z. Z. L-Pegel (Slid 2f). Sein Ausgang auf den ^-Eingang von NOR-Glied 6 dagegen wird auf Η-Pegel invertiert (Inverter 7) und erhält durch das Verzögerungsglied 8 beim Ausfall des Signals eine gewisse Abfallverzögerung. Dies ist eingeführt, um Signalwertüberschreitungen und Undefinierte Zustände zu vermeiden. Der Ausgang von NOR-Glied 6 führt so lange L-Pegel (Bild 2g), wie ordnungsgemäßer Betrieb herrscht, d. h. an einem oder beiden Eingängen H-Signal liegt Im vorliegenden beschriebenen Fall liegt am Eingang b H-Signal.

Jeder kurzzeitige Heizstromausfall wird nach jeweils eingestellter Pulsbreite von Monoflop 2 über NOR-Glied 3 durch H-Pege! angezeigt. Dieser läßt das Monoflop 5 mit der positiven Flanke des H-Signals ansprechen, wodurch auch der a-Eingang von NOR-Glied 6 für die eingestellte Pulsbreite Η-Pegel erhält. Danach ist der a-Eingang von NOR-Glied 6 wieder L Wenn innerhalb der Pulsbreite (Überbrückungszeit) des Monoflops 5 der Heizstrom nicht wiederkehrt und damit der fc-Eingang wieder Η-Pegel erhält — Eingang a ist längst L — wird der Ausgang von NOR-Glied 6 High (Bild 2e) und läßt die bistabilen Kippstufen I und II des Speichers 9 kippen (Bild 2i, j). Die Pulsbreite des Monoflops 5 ist variabel und kann auf etliche Sekunden ausgedehnt werden, z. B. auf 10 Sekunden. Der Ausgang A an der Kippstufe I von Speicher 9 führt dann ebenfalls H-Signal, was für Meldezwecke (z. B. Lampe) genützt werden kann. Der Speicher 9 kippt somit erst nach einer durch das Monoflop 5 vergebbaren Überbrückungszeit. Kurzfristige Heizstromabsenkungen oder -ausfälle werden nicht unnötig erfaßt. Der Speicher 9 kann über das R/C-Glied 10 durch Anlegen der Versorgungsspannung an Eingang s gesetzt werden. Es ergibt sich dann ein Setzimpuls gemäß Bild 2h. Speicherlöschung erfolgt durch Aus- und Wiedereinschalten der Versorgungsspannung. Die Zeit zwischen Ein- und Wiedereinschalten muß dabei mindestens eine Sekunde betragen.

Um eine Fehleranzeige der unabhängig versorgten und einschaltbaren Heizstromüberwachungsanlage zu vermeiden, wenn kein Heizstrom fließen soll, z. B. bei Sommerbetrieb (Hauptheizschütz 17 ist ausgeschaltet), ist noch eine Simulationsanordnung mit den Bauelementen 11 bis 16 vorgesehen. Dabei ist mit dem Hauptheizschalter (Heizschütz) 17 ein Hilfsschalter (öffner) 13 verbunden, der im geschlossenen Zustand den sich bildenden Η-Pegel vom NOR-Glied 3 über Diode 16 gegen Masse ableitet und auch den Inverter 7 auf Null setzt. Die Diode 16 blockiert jede positive Spannung ab. Wenn dagegen die Hebung durch Einlegen des Hauptheizschalters 17 eingeschaltet wird, wird auch die Überwachungsschaltung durch Öffnen des Ableitpfades über Hilfsschalter 13 aktiviert. Mit dem Einlegen von Hauptheizschalter 17 wird dabei noch eine Versorgungsspannung an Punkt 12 gelegt, die über das /?/C-Sprungglied 11 einen Nadelimpuls (vgl. Bild 2k) von z. B. 70 ms auslöst. Dieser Impuls simuliert über Sperrdiode 14 und das Monoflop 2 kurz einen Heizstrom, um eventuelle Einschwingvorgänge zu überbrücken, die den regulären sofortigen Heizstromfluß verzögern. Das NOR-Glied 3 wird damit kurzzeitig auf L-Pegel gebracht.

Bei Ausfall des Heizstromes erfolgt allerdings auch liier dann erst nach Ablauf der Überbrückungszeit von

Monoflop 5 eine Fehlermeldung. Die Sperrdiode 15 verhindert Rückkopplungen mit Schwingungseffekten zwischen NOR-Glied 3 und Monoflop 2.

Durch die Erfindung ist eine äußerst störsicher arbeitende Überwachungsschaltung realisiert, die einstellbare Überbrückungszeiten für eine Fehlermeldung bis zu 10 und 20 Sekunden erlaubt und sowohl für deich- und Wechselstromüberwachung brauchbar ist. Sie kann stets eingeschaltet sein. Durch einfache Variation der Parameter (Pulsbreitenverstellung von Monoflop 2 für Stromfrequenz und Unterdrückungszeitverstellung) ist die Schaltung beliebigen Bedingungen anpaßbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Überwachung von definierten Stromzuständen oder diesen proportionalen Spannungsabfällen gegen Unterschreitung, bei dem bei einem Fehler eine Fehlermeldung Ober eine bistabile Kippstufe ausgelöst wird und während der Einschaltphase ein unzulässiges Ansprechen durch eine Einschaltüberbrückungszeit verhindert wird, insbesondere zur Heizstromüberwachung auf Bahnfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterschreiten des definierten Stromzustands durch ein Monoflop (5) registriert wird, dessen Ausgangsimpuls den zu überwachenden Strom über eine definierte, einstellbare Überbrückungszeit simuliert, und daß erst eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn diese Überbrückungszeit überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Slromablatt in ein Digitalsignal bestimmten Pegels und entsprechender Dauer umgesetzt wird, daß dieses Digitalsignal einerseits das Monoflop (5) aktiviert und andererseits in seiner Dauer mit der Impulsdauer des Monoflops (5) in einer logischen NOR-Verknüpfung verglichen wird, und daß bei einer die Kippstufenimpulsdauer überschreitenden Dauer des Digitalsignals ein bistabiler Speicher (9) für die Ausgabe einer Fehlermeldung gesetzt wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Optokoppler (t) zur Umsetzung einer dem Heizstrom proportionalen Spannung in Digitalsignale vorgesehen ist und daß diese Signale über ein erstes Monoflop (2) an ein erstes NOR-Glied (3) gelegt sind, das einerseits über ein zweites Monoflop (5) an den einen Eingang (a) und andererseits über einen Inverter (7) an den anderen Eingang (b) eines zweiten NOR-Gliedes (6) geschaltet ist und daß das zweite NOR-Glied (6) ausgangsseitig mit dem Steuereingang eines bistabilen Speichers (9) verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Inverter (7) und dem anderen Eingang (b) des zweiten NOR-Gliedes (6) noch ein die Impulsdauer verlängerndes Verzögerungsglied (8) geschaltet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Setzeingang des Speichers (9) ein /?/C-Glied (10) vorgeschaltet ist, an den die Versorgungsspannung anschließbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten NOR-Glied (3) und Inverter (7) über eine Diode (16) geführt und mittels eines Hilfsschalters (13) an Masse legbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Monoflop (2) zusätzlich über eine Umgehungsleitung (4) überbrückt ist, die vom Optokoppler (1) zu einem zweiten Eingang (b)des ersten NOR-Gliedes (3) führt.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (4) über eine Sperrdiode an ein /?/C-Sprungglied (ti) gelegt ist, das seine Auslösespannung beim Einschalten des Hauptheizschalters (17) erhält.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des /i/C-Sprunggliedes (11) über eine Sperrdiode (15) und den Hilfsschalter (13) an Masse legbar ist, wobei zwischen Eingang des Ä/C-Sprunggliedes (11) und der Sperrdiode (15) der Anschluß (12) für die Auslösespannung gelegt ist