DE3143967C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zur ausfallsi­ cheren Abschaltung einer Schalteinheit, beispielsweise in Gestalt eines Relais.

Derartige Überwachungsschaltungen werden auf zahlreichen Anwendungsgebieten eingesetzt. Bei auto­ matisierten Fahrzeugtransportsystemen wird beispielsweise häufig ein Relais im erregten Zu­ stand gehalten, so daß bei einem Ausfall des Systems aus irgendeinem Grund, etwa aufgrund eines Ausfalls der Fahr­ zeugsteuerung oder eines Stromausfalls, das Relais auto­ matisch entregt wird, um einen Bremsvorgang zum langsa­ men und sicheren Anhalten des Fahrzeugs einzuleiten.

Für die Steuerung der Stromzufuhr zum Relais werden Festkörper-Schaltkreise verwendet, die selbst jedoch nicht ausfallsicher sind, so daß die Relais-Abschaltung nicht ausfallsicher erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaf­ fung einer betriebssicheren Überwachungsschaltung der in Rede stehenden Art.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentan­ sprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Wechselstromquelle durch min­ destens zwei Regler gleichzeitig (an)gesteuert. Sie lie­ fert ihren Strom nur auf einen eindeutigen Befehl von jedem Regler, wobei ihr Ausgang über zwei in Reihe be­ tätigbare induktive Koppelvorrichtungen zur Aktivierung des Relais geschaltet ist. Jeder Regler regelt oder steuert eine der Koppelvorrichtungen durch Zufuhr eines von zwei Signalen, die (gemeinsam) erforderlich sind, um die Vorrichtung in einem Zustand zu halten, in welchem sie von Strom durchflossen werden kann. Das jeweils andere Signal wird von einer Bezugs- oder Konstantstrom­ quelle geliefert. Wenn eines der Signale nicht geliefert wird, geht jede dieser Vorrichtungen in einen Stroment­ kopplungszustand über, so daß das Relais deaktiviert bzw. entregt wird.

Erfindungsgemäß kann zudem der Stromfluß zum Relais durch jeden Regler periodisch überwacht werden, indem die Wech­ selstromquelle kurzzeitig angeschaltet oder das von den Reglern gelieferte Kopplungssignal unterbrochen und dann festgestellt wird, ob der Stromfluß beendet worden ist. Eine Betriebsstörung an irgendeiner Stelle in der Regel- bzw. Steueranlage wird dann angezeigt, wenn der Stromfluß während dieser Prüffolge nicht beendet worden ist.

Die Erfindung bietet eine neuartige Möglichkeit für die Stromzufuhr zu einem aktivierten Relais ohne die Verwendung von Halbleiterschaltern u. dgl., die besonders anfällig sind für interne Schaltungsstörungen, wie Kurz­ schlüsse oder Schaltkreisunterbrechungen, welche jeweils zu einer Fehlbetätigung des Relais führen können.

Mit der Erfindung wird auch eine Stromankoppelanordnung geschaffen, die nur sehr wenig Strom bzw. Leistung von den Reglern abnimmt und die außerdem eine ausgezeichnete Trennung zwischen den Reglern und dem aktivierten Relais gewährleistet.

Aufgrund aller dieser Eigenschaften ist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung in höchstem Maße betriebssicher.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Funktionsblockschaltblock einer zwei Mikroprozessoren verwendeten Relaisansteuervor­ richtung mit Merkmalen nach der Erfindung zeigt.

Die in der Figur dargestellte Schaltung umfaßt zwei Mikroprozessoren 10 und 12, die über Leitungen LX mit­ einander verbunden sind und eine Reihe von Steuerfunktionen durchführen, einschließlich der Ansteuerung eines erregten Relais 20. Die Mikroprozessoren 10, 12 sind funktionsmäßig nur mit den einschlägigen Signalanschlüssen (z. B. 10 A, 12 A) im Ein­ gabe/Ausgabeabschnitt (E/A) dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung sind Direktzugriff- bzw. Randomspeicher, Festwertspeicher, Taktgeber und andere an sich bekannte, dem Fachmann geläufige Mikroprozessorbauteile zur Liefe­ rung der Signale zu diesen Anschlüssen nicht ver­ anschaulicht.

Die beiden Mikroprozessoren 10, 12 liefern an ihren Ausgängen 10 B bzw. 12 B Stromsteuersignale PWR 1, PWR 2, die an eine Torschaltung 22 angelegt werden, deren resultierendes Ausgangssignal EIN/AUS eine einen Strom S 1 liefernde Wechselstromquelle 24 ein- und ausschaltet. Demzufolge erzeugt die Wechselstromquelle 24 nur dann den Strom S 1, wenn die beiden Mikroprozessoren gleichzeitig die Stromsteuersignale PWR 1 und PWR 2 lie­ fern. Das Ausgangssignal S 1 wird an die Eingangswick­ lung A einer Ringspule 28 angelegt, die aus vier Wicklungen A-D besteht, welche auf einem gemeinsamen Magnetkern E gewickelt und mit die­ sem induktiv verbunden sind. Aufgrund dieser magnetischen Kopplung wird der an die Wicklung A angelegte Strom S 1 über den Kern E an die Ringspulen-Aus­ gangswicklung D angekoppelt, von welcher der Strom S ; dann der Eingangswicklung A einer zweiten, ähnlichen Ringspule 30 aufgeprägt wird. Hier wird der Strom S 1 über den Magnetkern E an die betreffende Ausgangswicklung D der Ring­ spule 30 angekoppelt. Der an dieser Ausgangs­ wicklung D erscheinende Strom S 1 wird dann an einen Gleichrichterkreis 32 angelegt, der einen unipolaren Strom I liefert, welcher über das Sendeelement eines Optokopplers 34 zur Speisung eines Relais 20 benutzt wird. Der Optokoppler 34 dient zur Erfassung des Stroms I und zur Übertragung eines Signals, das in Abhängigkeit vom Pegel des Stroms I groß oder klein sein kann, zu den Eingangsanschlüssen 10 C und 12 C der Mikroprozessoren für die Anzeige des Flus­ ses zum Relais 20.

Die Wicklungen C beider Ringspulen 28 und 30 sind mit einer Vorspannung mit einem Pegel +V ver­ bunden, die den Wicklungsstrom zur Sättigung des Kerns E jeder Ringspule liefert. Wenn sich der Kern in seinem vorbe­ stimmten Sättigungszustand befindet, ist die Übertragung des Stroms S 1 über die Ringspulen 28 und 30 gesperrt.

Die Mikroprozes­ soren 10, 12 erzeugen an ihren Ausgangsanschlüssen 10 A bzw. 12 A Steuersignale, die Pufferschaltun­ gen B 10, B 12 eingegeben werden, welche unter Erzeugung einer Ausgangsspannung, ebenfalls mit dem Pegel +V, an­ sprechen. Bei den Pufferschaltungen B 10, B 12 kann es sich um be­ liebige bekannte Pufferschaltungen handeln, wie sie für die Stromankopplung und die Schnittstellenbildung zwi­ schen einem Mikroprozessor-Ausgangssignal niedrigen Pegels und anderen Bauteilen benutzt werden. Die Aus­ gangsspannung +V jeder Pufferschaltung B 10 bzw. B 12 wird der Wicklung B jeder Ringspule 28 bzw. 30 aufgeprägt. Die Wicklung B ist gegenüber der Wicklung C entgegengesetzt ge­ wickelt, so daß die Spannung +V von den Pufferschaltun­ gen B 10, B 12 eine entgegengesetzte Magnetisierung des Kerns E bewirkt und diesen daher aus dem durch den Strom in der Wicklung C hervorgerufenen Sättigungszustand heraus­ führt. Auf diese Weise kann der Strom S 1 über die bei­ den Ringspulen 28, 30 übertragen werden, so daß diese den Strom zum Relais 20 liefern, das hierdurch in den Erregungszustand ver­ setzt wird.

Falls einer der Mikroprozessoren, die Wechselstromsignalquelle 24 oder die Torschaltung 22 ausfällt oder die Spannungen +V von den Pufferschaltungen B 10, B 12 an den Ringspulen-Wicklungen B nicht anliegen, wird die Übertragung des Wechselstroms S 1 zum Gleichrich­ terkreis 32 augenblicklich beendet. Hierbei wird das Relais 20 entregt, weil die Zufuhr des Stroms I beendet ist. Falls die Pufferschaltungsspannungen +V nicht gleichzeitig anliegen, wird ein Kern oder werden beide Kerne gesättigt, und die Stromübertragung zum Relais 20 wird unterbrochen, so daß das Relais 20 abfällt.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird durch jeden Mikro­ prozessor 10, 12 periodisch überprüft, indem die Erzeugung des der Torschaltung 22 zugeführten Steuersignals unterbro­ chen wird. Hierbei wird die Lieferung des Ausgangsstroms S 1 von der Wechselstromquelle 24 beendet. Während dieser Prüfbetriebsart, die in einem sehr kurzen Intervall stattfindet, prüft der Mikroprozessor das vom Opto­ koppler 34 gelieferte Ausgangssignal I CHK, das hoch oder niedrig sein kann, um festzustellen, ob über den Optokoppler 34 ein Strom fließt. Die Dauer der Prüfperiode muß so kurz sein, daß das Relais 20 keine Möglichkeit für eine Änderung seines Zu­ stands erhält, auch wenn die Stromzufuhr kurzzeitig unterbrochen ist.

Jeder Mikroprozessor 10, 12 vermag unabhängig ein Zweischritt- Prüfverfahren durchzuführen. Zum einen kann er die Aus­ gabe seines jeweiligen Stromsteuersignals PWR 1, PWR 2 unterbrochen und dann durch Messung des Signalpegels auf der Eingangs­ leitung zu seinem jeweiligen Eingangsanschluß 10 C oder 12 C vom Optokoppler 34 prüfen, ob der Stromfluß zum Reais 20 beendet worden ist. Danach kann der Mikro­ prozessor 10 oder 12 die Ausgabe seines "Relais Ein"-Signals unterbrechen und auf ähnliche Weise das Ausgangssignal des Optokopplers 34 prüfen. Auf diese Weise kann die Arbeits­ weise jedes Mikroprozessors 10, 12, der Torschaltung 22, der Puf­ fer B 1 und B 12, der Ringspulen 28 und 30, und des Optokopplers 34 überprüft werden.

Die vorstehend beschriebene Schaltung kann auch mehr als zwei Mikroprozessoren umfassen, wobei dann eine entsprechende Anzahl von Ring­ spulen in Reihenschaltung vorzusehen sind.

Das besondere Merkmal der vorstehend beschriebenen Schaltung liegt darin, daß jeder Mikroprozessor nur sehr wenig Strom oder Leistung für die Steuerung seiner zugeordneten Ringspule benötigt und die Möglichkeit für einen Ringspulen-Ausfall demzufolge äußerst gering ist. Da außerdem eine magnetische oder induktive Kopplung zwischen den verschiedenen Ringspulen-Wicklungen vorhanden ist, ist eine ausgezeichnete Trennung zwischen dem jeweiligen Mikroprozessor und den anderen Bauteilen gegeben. Insbesondere besteht eine vollständige Gleichstromankopplung zwischen dem Mikroprozessor und dem Relais, wodurch die Zuverlässigkeit der Schaltung weiter verbessert wird. Die beschriebene Schaltung ist äußerst betriebs­ sicher und vergleichsweise billig. Darüber hinaus ist eine Schnittstelle nur zwischen den Mikroprozessoren und den Ringspulen sowie dem Relais 20 erforderlich, was ebenfalls dazu beiträgt, daß die Schaltung kostengünstig ist.

Claims (5)

1. Überwachungsschaltung zur ausfallfreien Abschaltung einer Schalteinheit (20), beispielsweise eines Relais, mit
mindestens zwei Steuerschaltkreisen (10, 12),
einer Stromquelle (24) zur Lieferung des Stroms für die Schalteinheit (20) und
einer von den Steuerschaltkreisen (10, 12) gesteuerten Strom-Ankopplungseinrichtung (28, 30) zur Ankopplung der Stromquelle (24) an die Schalteinheit (20),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromquelle (24) in Abhängigkeit von gleichzeitig auftretenden Steuersignalen (PWR 1, PWR 2) der beiden Steuer­ schaltkreise (10, 12) einen Wechselstrom (S 1) liefert,
daß die Strom-Ankopplungseinrichtung (28, 30) eine erste Kop­ peleinheit (28) zur Abnahme des Wechselstroms (S 1) von der Stromquelle (24) und eine zweite Koppeleinheit (30) zur Ab­ nahme des Wechselstroms (S 1) von der ersten Koppeleinheit (28) und zur Speisung der Schalteinheit (20) mit diesem Strom aufweist,
daß Eingang und Ausgang der ersten Koppeleinheit (28) in­ duktiv aneinander gekoppelt sind, wenn ein erstes und ein zweites Signal gleichzeitig anliegen, von denen das erste durch einen der Steuerschaltkreise (10 oder 12) und das zweite durch eine Konstantspannungsquelle geliefert wird, während Eingang und Ausgang der ersten Koppeleinheit (28) praktisch induktiv entkoppelt sind, wenn eines dieser bei­ den Signale nicht anliegt, und
daß bei der zweiten Koppeleinheit (30) Eingang und Ausgang bei gleichzeitiger Anlegung des zweiten Signals und eines dritten, durch den anderen Steuerschaltkreis (12 oder 10) gelieferten Signals induktiv aneinander gekoppelt sind, während ihr Eingang und ihr Ausgang praktisch induktiv ent­ koppelt sind, wenn diese beiden Signale nicht gleichzeitig anliegen.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Koppeleinheit eine Ringspule (28, 30) mit vier Wicklungen (A-D) aufweist, die auf einem gemeinsamen Kern (E) montiert und durch diesen induktiv ankoppelbar sind, und daß jede Ringspule (28, 30) Eingangs- und Ausgangswick­ lungen (A und D) und zwei Steuerwicklungen (B und C) auf­ weist, durch die zur induktiven Ankopplung der Eingangs- und Ausgangswicklung (A und D) entgegengesetzte Ströme leitbar sind.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine an die Schalteinheit (20) angeschlossene Prüfeinrichtung (34) vorgesehen ist, über welche die Schalteinheit (20) mit Strom versorgbar ist, und welche dann, wenn an der Schalteinheit (20) kein Strom anliegt, ein entsprechendes Signal (I CHK) liefert, das von den Steuerschaltkreisen (10, 12) zur periodischen Funktionsprü­ fung der Überwachungsschaltung ausgewertet wird, bei der die Lieferung des Stromquellen-Wechselstroms (I 1) kurzzei­ tig unterbrochen wird.

4. Überwachungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Prüfeinrichtung ein Optokoppler (34) ist.

5. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (10, 12) Mikro­ prozessoren sind.