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Sichere Zeitbaugruppe
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Die Erfindung betrifft eine sichere Zeitbaugruppe nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei der Verarbeitung von binären Signalen ergibt sich auch manual
die Notwendigkeit, entweder Signale über die systemspezifische Signallänge hinaus
zu verlängern, z.B. um sicher zu stellen, daß angeschlossene Datenverarbeitungsanlagen
genügend Zeit zur Abfrage des Slgnals erhalten oder so kurze Signale auf die systemspezifische
Signallänge zur Gewahrleistung einer einwandfreien Verarbeitung zu bringen. Dabei
kann es sich sowohl um Einschalt- als auch Ausschaltverzögerungen wandeln. Bei manchen
Anwendungen z.B. in der Eisenbahnsignaltechnik oder der Kernreaktortechnik muß sichergestellt
sein, daß beim Auftreten z.B. eines Bauelementefehlers kein falsches Signal abgegeben
werden kann. In diesen Fällen könnte auch eine Überschreitung bzw. Unterschreitung
der eingestellten Zeit gefährliche Auswirkungen haben und muß daher vermieden werden.
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Es ist schon eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein an einem
Eingang durch einen Taktgenerator modifiziertes fail-Safe UND-Glied und ein failsafe
UND-Glied mit einem negierten Eingang derart miteinander verbunden sind, daß der
Eingang des UND-Gliedes auf den des Eingangssignals gegeben wird mit einem Eingang
des UND-Gliedes mit einem negierten Eingang verbunden ist, wobei der Ausa- a dieses
UiJD-Gliedes allf den mit dem Generator belegten Eingang des UND-Gliedes rückgeführt
ist, wobei der Ausgang des UND-Gliedes über eine ODER-Erweiterungsschaltung auf
einen Erweiterung 5 eingang des UND-Gliedes mit einem negierten Eingang geführt
ist und wobei beide UND-Glieder mit je einem Kondensator zur Aufrechterhaltung eines
zeitlich begrenzten Steuerpotentials versehen sind ( P 2818627). Dieses Zeitglied
ist jedoch relativ ungenau und der einzustellende Zeitbereich ist auf max. 30 Se]c.
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bis 1 Min. beschränkt.
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Die Aufgabe besteht daher darin, eine sichere Zeitbaugruppe für mehrere
Betriebsarten mit einer zweikanaligen nicht sicheren Antivalenzzeitschaltung und
einem einkanaligen sicheren Überwachungs und Ausgabeteil zu schaffen die zeitprogrammierbar
ist, lange Verzögerungszeiten aufweist , eine hohe Genauigkeit besitzt, mehrere
Betriebsarten gestattet und sicher ist. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch
die in den Patentansprüchen angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Figur la zeigt das Strukturdiagramm der sicheren Zeitbaugruppe in
der Betriebsart Monoflop bei Auslösung des Ausgangssignals durch die steigende Flanke.
Figur lb zeigt das Diagramm der Funktion des Monoflop. Figur ic die Nachtriggerung
des Monoflops. Figur 2a zeigt das Strukturdiagramm des Monoflops bei dem das Ausgangssignal
durch die fallende Flanke ausgelöst wird.
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Figur 2b zeigt das Diagramm der Funktion des Monoflops.
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Figur 2c zeigt die Funktion des Monoflops bei Nachtriggerung.
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Figur 3a zeigt das Strukturdiagramm der sicheren Zeitbaugruppe bei
BetriebsartAusChaltverzögerung. Figur 3b zeigt die Funktion der Ausschalt erzögerung.
Figur 3c zeigt die Nachtriggerung der husschaltverzögerung. Figur 4a zeigt das Strukturdiagramm
der sicheren Zeitbaugruppe bei Betriebsart Monoflop ohne Nachtrlggerung, Figur 4b
zeigt das Diagramm der Funktion des Monoflops. Figur 5a zeigt das Strukfurdiagramm
der sicheren Zeitbaugruppe bei BetriebsartEinschaltverzögerung, Figur 5b das Diagramm
der Funktion der Einschaltverzögerung.
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Die sichere Zeitbaugruppe ist aus einer zweikanaligen nicht sicheren
Antivalenzzeitschaltung und einem einkanaligen sicheren Überwachungs- und Ausgabeteil
aufgebaut, wie Figur 1 a zeigt. Die Antivalenzzeitschaltuno besteht aus zwei Kanlen.
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In jedem Kanal ist ein Einga-bezandler 1, 2 mit einem gemeinsamen
Eingang e verbunden. Auf die Eingabewandler folgt eine Startimpulserzeugung 3, 4
. Daran schließen sich voreinstellbare Zähler 5 , 6 mit Codierschaltern 7, 8 an.
Die Bauelemente 1 bis 8 sind nicht sicher. Der Überwachungs- und Ausgabeteil besteht
dagegen aus fehlersicheren Bauelementen, die durch eine schwarze Markierung gekennzeichnet
sind. Das Signal aus den antivalenten Kanälen wird auf ein Antivalenzmodul 9 geführt,
von dort gelangt es über einen Sp.eicher 10 an dem eine Setzimpulserzeugung 11 angeschlossen
ist an ein UND-Modul 12.An einen anderen Eingang des UND-Moduls 12 wird das Signal
des einen KanaSs Sas über einen Pegelwandler 13 geleitet wird. Am Ausgang a erscheint
jedoch nur dann ein .
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Signal, wenn die Zeitbaugruppe fehlerlos arbeitet.
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Zunächst wird die Funktion der Schaltung allgemein beschrieben. Im
Ruhezustand liegt kein Eingangssignal vor. Die beiden Abwärtszähler 5,6 sind in
Ruhestellung. Die Zählstatussignale beider Kanäle sind antivalent zu-ei.nander,
wobei der loqische Wert des Status des Kanals der mit dem UND-Modul 12 über den
Pegelwandler 13 verbunder ist "O" ist. Der Antiv-lenz-Modul 9
liefert
an seinem Ausgang "ltZ Signal, was den R-Eingang des Speichers 10 versorgt. Der
Speicher 10 wird auch als OK-Speicher bezeichnet weil er m ordnungsgemäßen Zustand
des Überwachungsteiles gewährle-stet.Beim einschalten der Versorgungsspannung wird
der Eingang des Speichers 10 mit einem Setzsignal versorgt, so daß der Ausgang Q
des Speichers 10 bereits im Ruhezustand ""-Signal abgibt. Der Signalweg an den Ausgang
a der Schaltung ist jedoch noch gesperrt, da der Pegelwandler "O"-Signal an das
UND-Modul 12 ausaibt.
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Verläßt eines der Status signale der Zähl r fehlerhaft seinen Wert,
so wird die Antivalenz verletzt und der OK-Speicher 10 fällt ab. Eine Signal ausgabe
kann dann in keinem Fall erfolgen.
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Das Neusetzen des Speichers 10 ist erst nach Reparatur der fehlerhaften
Baugruppe möglich. Auch wenn einer der Kanäle fehlerhaft arbeitet wird die Antivalenz
verletzt, damit kann kein Ausgangssianal abgegeben werden Bei der Beitriebsart Monoflop
nach Figur la soll aus der ansteigenden Flanke eines Eingangssignals ein Ausgangssignal
vorgegebener Zeit Tv erzeugt werden. Die Zeit Tv ist über die Codierschalt 7,8 einstellbar.
Im Fehlerfall darf das Ausgangssignal Tv nur kürzewerden undU3m Extremfall verschwinden,
so daß nur noch "O"-Signal am Ausgang liegt. Mit der ansteigenden Flanke des Eingangssignals
z.Zt. to werden die beiden Zähler 5,6 in Betrieb gesetzt. Das Tählstatussignal des
einen Kanals dient als Auscangssignal,so lange das Zählstatussignal des anderen
Kanals aazu antivalent ist. Zur Zeit t2 sind beide Zähler wieder in Ruhe und das
Ausgangssignal wird "O". Bei Verletzung der Antivalenz zwischen beiden Kanälen verschwindet
das Ausgangssignal sofort. Vom Eingangssignal wird nur die ansteigende Flanke ausgewertet.
Die Dauer des Eingangssignals hat keinen Einfluß auf das Ausgangssignal. Daher kann
das Eingangssignal länger als das Ausgangssignal sein, wie aus Figur lb zu ersehen
ist. Erscheint während der Dauer des Ausgangssignals eine weitere ansteigende Eingangssignalflanke,
wie z.B. bei t3 im Diagramm der Figur lc, so werden die Zähler erneut geladen und
die eingestellte Zeit Tv des Ausgangssignals beginnt bei t,. Das Strukturdiagramm
der
Figur 2a unterscheidet sich von dem der Figur la lediglich dadurch,
daß das Ausgangssignal durch die fallende Flanke des Eingangssignales ausgelöst
wird. Die Betriebsart ist die eines Monoflops, des bei fallender Flanke eingetriggert
wird. Die Nachtriggerung des Monoflops wird ebenfalls durch die fallende Flanke
eines Eingangssignals ausgelöst. Die Funktion ist aus den Figuren 2b und 2c zu ersehen.
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Die BetriebsartAusschaltverzögerung ist aus Figur 3a zu entnehmen.
Aus Figur 3a ist das Strukturdiagramm dieser sicheren Zeitbaugruppe zu ersehen,
die sich von der vorher beschriebenen Schaltung dadurch unterscheidet, daß vor dem
Ausgang zwischen dem UND-Moe ll 12 noch ein ODER-M'odul 14 eingefügt ist vom auf
dessen Eingang das Ausgangssignal UND-Modul 12 geführt ist und an dessen 2.Eingang
direkt das Eingangssignal liegt.
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Bei dieser Betriebsart soll der Abfall eines Eingangssignals zeitlich
um eine vorgegebene Zeit T verzögert werden. Eres scheint am Eingang e ein Eingangssignal,
so ist uber das ODER-modul 14 an den Ausgang a geführt, die Zählerschaltung arbeitet
nicht. Das Ausgangssignal kann dann fehlerhaft 0 werden, wenn das ODER-Modul 14
defekt ist. Dies ist jedoch nach der Sicherheitskonvention ein sicherer und damit
zulässiger Fehl zustand.
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Mit der fallenden Flanke des Eingangssignals z.Zt. t1 werden die beiden
Zähler 5,6 über die Startimpulserzeugung 3,4 in Betrieb gesetzt. Die Zähler 5,6
lesen zunächst die an beiden Kanälen gleiche Codierschalterzahl ein und zählen von
dieser Zahl ausgehend im Taktrhythmus abwärts bis auf 0. Während dieser Zählzeit
sind die beiden Zählsta-tussignale antivalent zueinander, jedoch ist das Statussignal
des Kanals der über den Pegelwandler 13 mit dem Ausgang a verbunden ist,log. "1'?.
Am ODER-Modul 14 wird zur Zeit t1 das vom Eingang e herrührende Signal durch das
Signal aus der Zählschaltung ersetzt. Nach Beendigung des Zählvorgangs bleiben beide
Zähler auf "O" stehen.
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Folgt im Zeitintervall tl bis t2 ein erneutes Eingangssignal, so werden
während des ablaufenden Zählvorganges mit der fallenden Flanke des Eingangssignals
die Zähler 5,'i mit der Codierschalterzalll erneut geladen, wie aus Figur 3c zu
erkennen ist. Die Schaltung ist somit nachtriggerbar.
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Zahlen die beiden Zähler 5,6 verschiedene Zeiten, so wird nur die
kürzere Zeittan der Ausgang a abgegeben. Anschließend ist die Antivalenz verletzt,
der OK-Speicher 10 fällt ab und sperrt das UND-Modul 12, so daß am Ausgang "O" Signal
erscheint. Auch dies ist ein zulässiger Fehlzustand. Eine erneute Signal ausgabe
aus der Zählschaltung ist nicht mehr möglich, bevor nicht die Schaltung repariert
und den OK-Speicher 10 neu gesetzt worden ist.
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In Figur 4a ist das Strukturdiagramm für die sichere Zeitbaugruppe
mit der Betriebsart Monoflop ohne Nachtriggerung dargestellt. Dabei sind der Schaltung
nach Figur la weitere Eingabewandler 15,16 hinzugefügt. Erscheint während der. Dauer
des Ausgangssignals eine weitere ansteigende Signalflanke am Eingang e z.B. bei
t3 wie aus Figur 4b zu ersehen ist, so werden die Zähler 5,6 nicht erneut geladen,
da dies für die Dauer des Ausgangssignals Tv unterbunden ist. Das Ausgangssignal
ve- chwindet nach Ablauf der eingestellten Zeit Tv auf jeden Fall. -Ein erneutes
"1" Ausgangssignal kann nur dann durch Anlegen eines
Sprunges am Eingang e erzeugt werden, wenn der Ausgang a logisch "O" war. Dies wird
durch die wired NOR-Schaltuno der Eingabewandler am am Einaang der Startimpulserzeugung
3,4 erreicht, sowie und In Figur 5a ist das Strukturdiagramm der sicheren eitbaugruppe
bei BetriebsarVEinschaltverzögerung dargestellt. Daei besteht die Aufgabe darin,
den Anstieg eines Eingangssignals zeitlich um eine vorgegebene Zeit Tv zu verzögern.
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Um dies zu erreichen, wird der Schaltung nach Figur 1a zwlschen dem
Und-Modul 12 und dem Ausgang ein weiteres Und-Moz dul 17 sowie zwischen Antivalenmodul
9 und Ok-Speicher 10 ein Und-Modul 18 geschaltet. Auf den zweiten Eingang der Und-Moduln
17 und 18 wird das Eingangs sIgnal geführt.
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Das invertierte Zählstatusslgnal des Kanals, der über den Pegelwandler
13 direkt mit dem Und-odul 12 verbunden ist, liefert in Ruhestellung der Zähler
""-Signal. Der zweite Eingang des Und-Moduls 12 erhält "O"-Signal, da der Ok-Speicher
10 durch das Und-Modul 18 abgefallen ist, denn das an einem Eingang dieses Moduls
18 liegende Eingangssignal ist logisch "O", obwohl das den anderen Eingang versorgende
Antivalenzausgangssignal vom Modul 9 logisch "1" ist. Beide Eingänge von Und-Modul
17 sind somit auf logisch "O", wie auch sein Ausgang.
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Die Schaltung ist damit in Ruhestellung. Ein Fehler in einem der sicheren
Moduln führt ebenso wie ein Fehler in einem der beiden Kanäle nur zur Beibehaltung
des Ausgangs "O"-Zustandes.
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Diese wird durch die Codierschaltung 7,8 eingestellt. Dabei darf im
Fehlerfalle die Verzögerungszeit T nur länger werv den, so daß im Extremfall nur
noch "O"-Signal ausgegeben wird.
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Erscheint ein Eingangs signal am Eingang e, so werden mit der Steigenden
Flanke des Eingangssignals die beiden Zähler 5,6 in Betrieb gesetzt. Nunmehr sind
die Zählstatussignale der beiden Kanäle umgekehrt. Aus der fallenden Flanke des
Ausgangssignals von Zähler 5 wird über die Setzimpulsschaltung 11 dem S-Eingang
des Ok-Speichers 10 ein Setzimpuls zugeführt, der diesen nur setzen kann, wenn das
Antivalenzmodul 9 logisch "1" liefert und ein Eingangssignal am zweiten
Eingang
des Und-Moduls 18 anliegt. Dieses Ok-Speicherausgangssignal liegt an einem Eingang
des Und-Moduls 12. Das "O"-Signal des Zählers 5 gelangt über den Pegelwandler 13
und das Und-Modul 12 auf den Eingang des Und-1oduls 17 und erzwingt somit "O"-Signal
am Ausgang a. Im Bereich der eingestellten Einschaltverzögerungszeit Tv bleibt das
Ausgang v signal also weiterhin "0". Ein Fehler in einem der sicheren moduln oder
in eine; der Kanäle einschließlicn Beuienungsfehlern führen nicht zur "1"-Signalausgabe
vor Ablauf der eingestellten Zeit T seit Anlegen des Eingang v signals. Im Falle
der Fehlbedienung z.B. bei a.weichenden Codierschalterstellungen wird der Ausgang
durch gestörte Antivalenz der Kanäle und den abfallenden Ck-Speicher 10 auf "0"
verriegelt. Der Speicher 10 kann bei gestörtem Antivalenzsignal nicht gesetzt werden.
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Durch die Verwendung des Und-Moduls 18 ist der Ok-Speicher 10 vor
jedem Start der E nschaltverzögerung gelöscht. Ein Setzen ist nur möglich, wenn
beide Zählerkanäle 5 und 6 gleichzeitig vom Ruhezustand in den Zählbetrieb wechseln
und ein Eingangssignal anliegt.
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Nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit T kehren die v beiden
Zähler 5,6 wieder in ihren Ruhezustand zurück. Dadurch wird am Eingang des Und-Moduls
17 "1"-Signal anstehen. Da der-zweite Eingang des Und-Moduls 17 vom Eingang e her
ebenfalls "1"-Signal erhält, liefert der Ausgang a nun auch ein Signal.
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Auftretende Fehler in diesem Zeitraum, die die Antivalenz stören,
führen ebenso wie Fehler in den sicheren Moduln zum definitionsgemäß sicheren "O"-Zustand
des Ausgangs.