DE3235660A1 - Circuit arrangement for monitoring an electrical sensor for interruption and bypassing - Google Patents
Circuit arrangement for monitoring an electrical sensor for interruption and bypassingInfo
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Abstract
Description
Schaltungsanordnung zur Uberwachung eines elektrischen Meßfühlers auf Unterbrechung und Überbrückung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Uberwachung eines elektrischen Meßfühlers mit induktivem Innenwiderstand auf Unterbrechung und Uberbrückung.Circuit arrangement for monitoring an electrical measuring sensor on interruption and bridging The invention relates to a circuit arrangement for monitoring an electrical sensor with inductive internal resistance Interruption and bridging.
Unterbrechungen oder Uberbrückungen von Meßfühlern führen beispielsweise in Steuerungsanlagen im allgemeinen zu einer Fehlfunktion der Anlage. Zum Schutz des Bedienungspersonals, der Anlage selbst, sowie - z.B. bei elektronisch gesteuerten Werkzeugmaschinen - eines zu bearbeitenden Werkstücks ist es daher in vielen Fällen unumgänglich, bei einer Störung eines Meßfühlers die Anlage unverzugleich auszuschalten. Wenn beispielsweise in einem Drehzahlregelkreis ein einen Drehzahlistwert liefernder Tachogenerator ausfällt, so würde der nachgeschaltete Antrieb unkontrolliert weiterlaufen. Dies soll durch eine Uberwachungsschaltungverhindert werden.Interruptions or bridging of sensors lead, for example in control systems in general to a malfunction of the system. For protection of the operating personnel, of the system itself, as well as - e.g. for electronically controlled Machine tools - a workpiece to be machined is therefore in many cases It is essential to switch off the system immediately if a sensor malfunctions. If, for example, in a speed control loop, an actual speed value is supplied If the tachometer generator fails, the downstream drive would continue to run in an uncontrolled manner. This should be prevented by a monitoring circuit.
Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sowohl eine Unterbrechung als auch eine Uberbrückung eines Meßfühlers mit der zugehörigen Anschlußleitung sicher und mit geringem Aufwand erkannt wird, wobei das Meßsignal des Meßfühlers durch die Uberwachungsschaltung nicht beeinträchtigt werden soll.The object of the invention is therefore to provide a circuit arrangement of the initially mentioned designed so that both an interruption and a bridging a measuring sensor with the associated connecting cable safely and with little effort is recognized, the measurement signal of the sensor being monitored by the monitoring circuit should not be impaired.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßfühler in Reihenschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator mit einem Rechteckspannungsgenerator verbunden ist, der eine bezüglich des Meßsignals des Meßfühlers hochfreqlente Ausgangsspannung liefert, daß die am Widerstand abfallende Spannung Je einem ersten Eingang eines ersten und eines zweiten Komparators zugeführt ist, an deren zweitem Eingang jeweils eine Verglelchsspannung ansteht, daß dem ersten Komparator ein erstes Glättungsfilter nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge des ersten Glättungsfilters und des zweiten Komparators über eine Entkopplungsdiocie mit einer Ausgangskleeme verbunden sind, wobei die beiden Vergleichsspannungen so gewählt sind, daß die erste Vergleichsspannung unter der im ungestörten Betrieb am Widerstand anstehenden Amplitude der Spannung liegt und daß die zweite Vergleichsspannung zwischen der im ungestörten Betrieb und der bei überbrücktem Meßfühler am Widerstand anstehenden Amplitude der Spannung liegt.According to the invention, this object is achieved in that the sensor connected in series with a resistor and a capacitor with a square wave voltage generator is connected, the one with respect to the measurement signal of the sensor high-frequency output voltage supplies that the voltage dropping across the resistor First one each Input of a first and a second comparator is fed to the second Input a comparison voltage is present that the first comparator a first Smoothing filter is connected downstream and that the outputs of the first smoothing filter and the second comparator via a decoupling diocie with an output clover are connected, the two comparison voltages are chosen so that the first Comparison voltage below the amplitude present at the resistor in undisturbed operation of the voltage and that the second comparison voltage is between that in the undisturbed Operation and the amplitude of the at the resistor when the sensor is bridged Tension lies.
Bei einer derartigen Uberwachungsschaltung spricht bei Unterbrechung oder Überbrückung des Meßfühlers stets einer der beiden Komparatoren an und meldet eine Störung.With such a monitoring circuit speaks in the event of an interruption or bypassing the sensor, always one of the two comparators and reports a disorder.
Das Meßsignal und die zur Uberwachung dienende Spannung lassen sich leicht voneinander selektieren, da die t)berwachungsspannung wesentlich hochfrequenter ist.The measurement signal and the voltage used for monitoring can be Easily select from one another, as the t) monitoring voltage is much more high-frequency is.
Vorteilhafterweise wird zwischen das erste Glättungsfilter bzw. den zweiten Komparator und die Ausgangsklemme ein dritter Komparator eingefügt, dessen Vergleichswert so eingestellt ist, daß er nur bei einer Störung des Meßfühlers anspricht. Mit diesem dritten Komparator erhält man ein definiertes Ausgangssignal, das je nachdem, ob der Meßfühler gestört ist oder nicht, "0" oder "1" ist.Advantageously, between the first smoothing filter or the second comparator and the output terminal a third comparator inserted, its Comparison value is set in such a way that it only responds in the event of a fault in the sensor. With this third comparator, a defined output signal is obtained that is ever after whether or not the probe is malfunctioning, is "0" or "1".
Das erste Glättungsfilter kann besonders einfach aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators bestehen, die über die Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes mit dem Ausgang des ersten Komparators verbunden sind.The first smoothing filter can be made particularly simply from the parallel connection a resistor and a capacitor are made via the series connection a diode and a resistor connected to the output of the first comparator are.
Dem Widerstand kann ein zweites Glättungsfilter nach geschaltet sein. Damit werden die bei einer Unterbrechung des Meßfühlers die durch dessen Kapazität bzw.A second smoothing filter can be connected after the resistor. In this way, when the sensor is interrupted, the capacitance caused by it respectively.
durch die Kapazität seiner Anschlußleitung Ubertragenen Spannungsspitzen ausgefiltert.Voltage peaks transmitted by the capacitance of its connection line filtered out.
Der Meßfühler kann vorteilhafterweise ein Tachogenerator sein. Da ein Tachogenerator einen verh2ltnirsmäBlghohen induktiven Innenwiderstand aufweist, bietet sich hierbei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders an.The measuring sensor can advantageously be a tachometer generator. There a tachometer generator has a relatively high inductive internal resistance, The circuit arrangement according to the invention is particularly suitable here.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG Figures 1 and 2 explained in more detail.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Schaltbild einer Uberwachungsschaltung für einen Gleichstrom-Tachogenerator M.Figure 1 shows an example of a circuit diagram of a monitoring circuit for a direct current tachometer generator M.
Durch einen Hochfrequenz-Rechteckgenerator T wird über einen Kondensator Cl ein hochfrequenter Rechteckstrom in den Tachogenerator M eingespeist. Dieser Rechteckstrom verursacht an einem dem Tachogenerator M nachgeschalteten Widerstand Ri einen Spannungsabfall U2, aus dem in noch zu erläuternder Weise Störungen des Tachogenerators M erkannt werden kennen, Durch den Kondensator C1 ist der Gleichspannungs-Meßwert des Tachogenerators M vom Uberwachungskreis abgekoppelt, während andererseits der den Tachogenerator M zur Uberwachung durchfließende Strom im nicht dargestellten Meßkreis leicht ausgefiltert werden kann.A high-frequency square-wave generator T is used via a capacitor Cl a high-frequency square-wave current is fed into the tachometer generator M. This Square-wave current causes a resistor connected downstream of the tachometer generator M. Ri is a voltage drop U2, from which disturbances of the Tachogenerator M can be recognized, the DC voltage measured value is through the capacitor C1 of the tachometer generator M decoupled from the monitoring circuit, while on the other hand the the tachometer generator M for monitoring current flowing through in the not shown Measuring circuit can be easily filtered out.
Die am Widerstand R1 abfallende Spannung U2 wird einem Glättungsfilter zugeführt, das aus der Reihenschaltung eines Widerstands R2 und eines mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbundenen Kondensators C2 besteht.The voltage U2 dropping across the resistor R1 is used as a smoothing filter supplied, which consists of the series connection of a resistor R2 and one with the reference potential the circuit arrangement connected capacitor C2 consists.
Der Verbindungspunkt des Widerstands R2 und des Kondensators C2 Ist mit dem "+n-Eingang eines ersten Romparators K1 und mit dem "-" -Eingang eines zweiten Romparators K2 verbunden. Am "-"-Eingang des ersten Komparators K1 steht eine positive Vergleichs spannung Urefl und am "+"-Eingang des zweiten Komparators K2 steht eine positive Vergleichsspannung Uref2 an. Der Ausgang des ersten Komparators K1 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands R3 und einer Diode D1 mIt der Parallelschaltung eines Widerstands R4 und eines Kondensators C3 verbunden. Dabei ist die Anode der Diode Dl dem Ausgang des ersten Komparators Kl zugewandt. Die freien Anschlüsse des Widerstands R4 und des Kondensators C3 sind mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbunden. Dem Komparator K2 ist eine Entkopplungsdiode D2 nachgeschaltet, deren Kathode dem Ausgang des Komparators K2 zugewandt ist. Die Kathode der Diode D1 und die Anode der Diode D2 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R5 an den "+"-Eingang eines dritten Komparators K3 angeschlossen. Am "-"-Eingang des Komparators K3 steht eine positive Referenzspannung Uref3 an. Der Ausgang des dritten Komparators ist mit einer Ausgangsklemme Kl verbunden.The junction of resistor R2 and capacitor C2 is with the "+ n input of a first comparator K1 and with the" - "input of a second Romparators K2 connected. There is a positive at the "-" input of the first comparator K1 Comparison voltage Urefl and at the "+" input of the second comparator K2 is a positive comparison voltage Uref2. The output of the first comparator is K1 via the series connection of a resistor R3 and a diode D1 with the parallel connection a resistor R4 and a capacitor C3. The anode is the Diode Dl facing the output of the first comparator Kl. The free connections the resistor R4 and the capacitor C3 are at the reference potential of the circuit arrangement tied together. The comparator K2 is followed by a decoupling diode D2 whose Cathode facing the output of the comparator K2. The cathode of the diode D1 and the anode of the diode D2 are connected together and connected through a resistor R5 connected to the "+" input of a third comparator K3. At the "-" input of the comparator A positive reference voltage Uref3 is applied to K3. The output of the third comparator is connected to an output terminal Kl.
Die Funktion der Schaltung nach Figur 1 wird nachfolgend anhand der Spannungsdiagramme nach Figur 2 erläutert.The function of the circuit according to Figure 1 is based on the Stress diagrams according to FIG. 2 are explained.
In Figur 2 ist zunächst die vom Rechteckspannungs-Generator T abgegebene hochfrequente Rechteckspannung Ul dargestellt. Diese Spannung U1 verursacht einen Stromfluß über den Kondensator C1, den Tachogenerator M und den Widerstand Rl. Wenn der Tachogenerator M und seine Anschlußleitung A nicht unterbrochen bzw. überbrückt sind, so kommt der induktive Innenwiderstand des Tachogenerators M zur Wirkung. Am Widerstand R1 steht daher eine Spannung U2 an, deren Frequenz der Spannung Ul entspricht, die Jedoch wegen des induktiven Innenwiderstands des Tachogenerators M einen dreieckförmigen Verlauf hat. Um Spannungsspitzen, die mit den Flanken des Rechtecksignals Ul über die Kapazität der Tachomaschine M und deren Anschlußleitung A übertragen werden, auszufiltern, ist dem Widerstand R7 das Glättungsfilter R2, C2 nachgeschaltet. Die so gefilterte Spannung wird durch die Komparatoren Ki, K2 mit den Vergleichs spannungen Urefl bzw. Uref2 verglichen. Dabei sind die Vergleichsspannungen Urefi und Uref2 so gewählt, daß der Scheitelwert der Spannung U2 im störungsfreien Betrieb zwischen den beiden Vergleichsspannungen Urefi und Uref2 liegt. Am Ausgang des zweiten Komparators K2 steht daher eine positive Spannung an, die über die Diode D2 abgeblockt wird und somit nicht zur Wirkung kommt. Dagegen steht am Ausgang des Komparators K1 periodisch eine positive Spannung an, mit der über den Widerstand R3 und die Diode D1 der Kondensator CD aufgeladen wird. Die Zeitkonstante des aus dem Widerstand R3, dem Kondensator C3 und dem Widerstand R4 gebildeten Glättungsgliedes ist dabei so bemessen, daß bei störungsfreiem Betrieb sich am Kondensator C3 eine nahezu konstante positive Cleichspannung U3 einstellt. Die Spannung U3 wird im Komparator K3 mit einer Vergleichsspannung Uref3 verglichen. Die Vergleichsspannung Uref3 ist so gewählt, daß sie unter der sich im Normalbetrieb einstellenden Spannung U3 liegt. Damit steht also im stbrungsfreien Betrieb an der Ausgangsklemme Kl ein "?"-Signal an.In FIG. 2, the output from the square-wave voltage generator T is initially shown high-frequency square wave voltage Ul shown. This voltage U1 causes a Current flow through the capacitor C1, the tachometer generator M and the resistor Rl. if the tachometer generator M and its connecting line A are not interrupted or bridged are, the inductive internal resistance of the tachometer generator M comes into effect. A voltage U2 is therefore present at the resistor R1, the frequency of which corresponds to the voltage Ul is equivalent to, However, because of the inductive internal resistance of the Tachogenerator M has a triangular shape. To avoid voltage peaks with the edges of the square wave signal Ul on the capacity of the speedometer machine M and their Connection line A are transmitted to filter out, the resistor R7 is the smoothing filter R2, C2 connected downstream. The voltage filtered in this way is determined by the comparators Ki, K2 compared with the comparison voltages Urefl and Uref2. Here are the equivalent stresses Urefi and Uref2 selected so that the peak value of the voltage U2 in the trouble-free Operation lies between the two comparison voltages Urefi and Uref2. At the exit of the second comparator K2 is therefore a positive voltage across the diode D2 is blocked and therefore does not take effect. On the other hand, at the end of the Comparator K1 periodically a positive voltage, with the across the resistor R3 and the diode D1 of the capacitor CD is charged. The time constant of the the resistor R3, the capacitor C3 and the resistor R4 formed smoothing element is dimensioned in such a way that, in the event of trouble-free operation, a sets an almost constant positive DC voltage U3. The voltage U3 is in the comparator K3 compared with a comparison voltage Uref3. The comparison voltage is Uref3 chosen so that it is below the voltage U3 that occurs during normal operation. This means that there is a "?" Signal at the output terminal Kl in trouble-free operation at.
Wenn der Tachogenerator M oder seine Anschlußleitung A eine Unterbrechung aufweisen,so werden die RechDeckmp'=e des Rechteckspannungs-Generators T über die Kapazität der Anschlußleitung A bzw. des Tachogenerators selbst lediglich in Form kurzer Nadelimpulse übertragen. Am Widerstand Rl steht dann die in Figur 2 mit U2' bezeichnete Spannung an. Diese Impulse werden mit dem Glättungs- filter R2, C2 geglättet und erreichen dann nicht mehr die Referenzspannung Urefl Der Ausgang des Komparators Ki wird daher negativ, so daß der Kondensator C3 nicht mehr nachgeladen wird. Dieser entlädt sich vielmehr über den Widerstand R4, so daß die an ihm- anstehende Spannung nach kurzer Zeit unter die Vergleichsspannung Uref3 sinkt und die Ausgangs spannung an der Ausgangsklemme Kl auf 0 geht. Damit wird eine Störung des Tachogenerators M gemeldet.If the tachometer generator M or its connecting line A has an interruption have, the RechDeckmp '= e of the square-wave voltage generator T via the Capacity of the connection line A or of the tachometer generator itself only in form transmit short needle pulses. At the resistor Rl is then shown in Figure 2 with U2 ' designated voltage. These impulses are processed with the smoothing filter R2, C2 smoothed and then no longer reach the reference voltage Urefl The output of the comparator Ki is therefore negative, so that the capacitor C3 is no longer recharged will. Rather, this discharges itself through the resistor R4, so that the After a short time the voltage drops below the reference voltage Uref3 and the output voltage at the output terminal Kl goes to 0. This causes a fault in the tachometer generator M reported.
Wenn der Tachogenerator M bzw. seine Anschlußleitung A kurzgeschlossen sind, so werden die Rechteckimpulse des Rechteckspannungs-Generators T nicht mehr durch die Induktivität des Tachogenerators M gedämpft. Am Widerstand Ri steht daher die in Figur 2 mit U2" bezeschnete Rechteckspannung an. Die Vergleichsspannung Uref2 ist so gewählt, daß in diesem Fall die Spannung U2 " die Vergleichsspannung Uref2 übersteigt. Damit wird die Ausgangsspannung des Komparators K2 negativ, so daß auch die an der Ausgangsklemme Kl anstehende Ausgangsspannung negativ wird. Damit wird ebenfalls eine Störung des Tachogenerators M erkannt.When the tachometer generator M or its connecting line A short-circuited are, the square-wave pulses of the square-wave voltage generator T are no longer damped by the inductance of the tachometer generator M. At the resistance, therefore, stands Ri the square-wave voltage denoted by U2 ″ in FIG. 2. The comparison voltage Uref2 is chosen so that in this case the voltage U2 ″ the comparison voltage Uref2 exceeds. So that the output voltage of the comparator K2 is negative, so that too the output voltage at the output terminal Kl becomes negative. So that will also a malfunction of the tachometer generator M recognized.
Zusammenfassend ist also festzustellen, daß mit der dargestellten Uberwachungsschaltung der Tachogenerator M und auch seine Anschlußleitung A sowohl auf Unterbrechung als auch auf Kurzschluß überwacht werden. Dabei lassen sich das Meßsignal des Tachogenerators M und die zur Uberwachung dienende hochfrequente Rechteckspannung leicht voneinander trennen.In summary, it should be noted that with the illustrated Monitoring circuit of the tachometer generator M and its connecting line A both be monitored for interruption and short circuit. You can do that Measurement signal of the tachometer generator M and the high-frequency square-wave voltage used for monitoring easily separate from each other.
5 Patentansprüche 2 Figuren5 claims 2 figures
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