DE3333612C2

DE3333612C2 - Fehlersichere UND-Verknüpfung statischer Eingangssignale

Info

Publication number: DE3333612C2
Application number: DE19833333612
Authority: DE
Inventors: Lutz-Werner Dipl.-Ing. 1000 Berlin Schiwek; Reinhold Dipl.-Ing. Thöt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-09-15
Filing date: 1983-09-15
Publication date: 1985-07-25
Also published as: DE3333612A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fehlersichere UND-Verknüpfung statischer Eingangssignale.

Bei industriellen und auch Bahnsteuerungen müssen häufig statische Signale fehlersicher in UND-Bedingung verknüpft werden. Dabei darf im Fehlerfall, gleichgültig, ob eine Störung z. B. durch defekte Bauelemente, Leitungsunterbrechung oder durch ein falsches Eingangssignal vorliegt, am Ausgang stets nur eine 0 vorliegen. Mit anderen Worten, es darf dann keine falsche 1 an den Ausgang gegeben werden, was die Sicherheit der gesteuerten Anlagen und ggf. beförderten Personen gefährden würde.

ίο Derartiges ist an sich mit bekannten Failsafe-Systemen, insbesondere den mehrkanaligen Systemen gut beherrschbar. Die bekannten Systeme sind jedoch aufwendig und teuer.
So ist z. B. ein fehlersicheres Zweikanal-Logiksystem mit Antivalenzüberwachung bekannt, bei dem mehrere sta-.ische Eingangssignale in einem Hauptkanal verknüpft werden und das resultierende Ausgangssignal mit dem resultierenden negierten Ausgangssigna! eines parallelgeschaiteten gleichartigen Kontrollkanals in einer speziellen Antivalenz-Kontrollschaltung verglichen wird. Die Antivalenz-Kontrollschaltung wird dabei zur Eigenkonirolle noch von einem zusätzlichen Kontrollsignal durchlaufen und Ein- und Ausgang verglichen. Bei Abweichungen wird abgeschaltet (z. B. Elektronik 1977,

H. 11, S. 62, Bild 6 mit Text Logistat).

Ein weiteres bekanntes zweikanaliges Logiksystem arbeitet mit zwei Kanälen des Verarbeit'ingszweiges, die vollkommen identisch sind. Jedes der statischen Eingangssignale wird dabei mit dem Takt eines speziellen Taktgebers moduliert und in Valenz- und Antivalenzsignale aufgespalten. Die Antivalenz wird durch spezielle Überwacher U geprüft Diese Signale werden am Ende der Verarbeitung wieder in synchron getakteteu Ausgangsumsetzern zusammengesetzt. Die fehlerfreie Ausführung jedes Verarbeitungsschrittes wird vom Taktgenerator kontrolliert und ist Voraussetzung für den nächsten Schritt. Der Taktgenerator kontrolliert dazu mit Hilfe eines Überwachungsimpulses zusätzlich die Durchlässigkeit eines durch Reihenschaltung aller

Überwachungsverstärker gebildeten Üb::rwachungskanals. (z. B. Elektronik 1977, H. 11, S. 63, Bild 7 mit Text URTL).

Der hohe zu treibende Aufwand bei den geschilderten Systemen ist für viele Anwendungszwecke hinderlieh. Das beste wäre eine fehlersichere einkanalige Logikschaltung zur UND-Verknüpfung, die mit wenigen und herkömmlichen Mitteln auskommt und keine zusätzliche Überwachung benötigt. Dies ist nicht ohne weiteres erreichbar, wenn man eine hohe Sicherheit ge-

gen Änderungs- und Kombinationsausfälle erreichen will.

Eine bekannte Schaltung zur Realisierung einer UND-Funktion ist durch die DE-AS 15 37 208 bekanntgeworden. Dort werden unter Verwendung eines Oszillators zwei Eingangssignaie verknüpft Es erfolgt eine dynamische transformatorische Auskopplung mit anschließender Gleichrichtung des Signals. Eine derartige Schaltung ist nach dem heutigen Stand der Sicherheitstechnik, wo Änderungs- und Kombinationsausfälle im Sicherheitsnachweis betrachtet werden müssen, nicht mehr zulässig.

Eine andere Schaltung, mit der eine UND-Verknüpfung durchführbar ist, ist vom Prinzip her für Sicherheitsschaltungen bekanntgeworden (z. B. SEL-Nachrichten, 16. Jg. (1968), H. 1, S. 29 zu Bild 1). Es handelt sich dabei um einen mehrstufigen Wechselstromverstärker mit transformatorischer Auskopplung mit anschließender Gleichrichtung des Signals. Die zu verknüpfenden

statischen Signale werden als Versorgungsspannungen den einzelnen Stufen zugeführt Durch die Gleichspannungskopplung der Stufen ist dieser Verstärker nicht temperaturstabil und in dieser Form gegen Änderungsund Mehrfachausfälle nicht sicher.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine fehlersichere UND-Verknüpfung statischer Eingangssignale zu schaffen, die trotz Zweikanaligkeit mit geringem technischem Aufwand und herkömmlichen Mitteln auskommt und eine hohe Sicherheit gegen Änderungs- und Kombinationsausfälle bietet Zusätzlich soll sie eine steile Übertragungskennlinie aufweisen, wie sie auch nicht sichere binär-digitale Schaltkreise besitzen.

Diese Aufgabe wird für eine fehlersichere UN D-Verknüpfung statischer Eingangssignale erfindungsgemäß entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch die Erfindung kann ein vollstabiler und sieherer elektrischer Betrieb unter Verwendung handelsüblicher Bauelemente erfolgen. Spezielle und damit teuere Sicherheitsbauelemente sind nicht mehr erforderlich. Es ergibt sich damit als Folge auch ein günstiger Herstellpreis pro Karte.

Anhand von ^thematischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 die Struktur einer η-fachen UND-Verknüpfung,

Fig.2 den Aufbau eines erfindungsgemäßen UND-Gliedes.

Nach F i g. 1 werden von einem Oszillator 0 zwei gegenphasige Rechfickausgangssignale Puls und Puls mit einer Frequenz von z. B. 1 MHz erzeugt Diese beiden Signale werden den dynamischen Eingängen I, Il eines ersten UND-Gliedes 1 zugeführt. Am Ausgang dieses UND-Gliedes 1 erscheinen die dynamischen Signale Puls und Puls nur dann, wenn die statische Eingangsspannung U\ im Bereich der logischen 1 liegt. Andern- falls wird kt.n dynamisches Signal ausgegeben und die beiden Ausgänge des UND-Gliedes J liegen auf High und Low bzw. umgekehrt. Nachgeschaltet sind weitere gleichartig aufgebaute UND-Glieder 2 bis n.

In dem Falle, daß die zu verknüpfenden Eingangssignale U_c 1 bis U_c„ alle im Bereich der logischen 1 liegen, erscheinen Puls und Puls am Eingang eines Failsafe-Verstärkers 10, werden dort verstärkt und trarisformatori5ch ausgekoppelt Die ?m Ausgang stehende Gleichspannung U₁ (U₁ = Uc 1 & U_e 2 & · · · Uen) ist somit erarbeitet worden und kann 'v/eiterverarbeitet werden z. B. als Eingangsspannung für weitere UND-Glieder.

Für eine Auskopplung des Verknüpfungsergebnisses an LOGl-SAFE-Moduln steht ein dynamischer Ausgang mit Abgriff vor dem Failsafe-Verstärker mit einer Transistorstufe 11 zur Verfügung. Die Ausgangswechselspannung ist mit U~ (U- = U_c\8c.U_ci&. ... U_cn) bezeichnet. Mit Uv ist die Betriebsspannung der Bauelemente benannt

Der Aufbau der verwendeten UND-Glieder ist aus Fig. 2 ersichtlich. Ein solches UND-Glied besteht im wesentlichen aus den Schalttransistoren Vl und V2 und zwei als Flipflop geschalteten NOR-Gattern R und S. Die dynamischen Eingangssignale Puls und Puls werden über Spannungsteiler RMR3 bzw. R2IRA den Schalttransistoren Vl, V2 zugeführt Die verstärkten Signale werden jeweils am Kollektor ausgekoppelt und über Koppelkondensatcrsn Cl. C2. Koppeldioden VZ.

V4, Klemmdioden V5, V6 und Spannungsteilern R 7, RS dem RS- Flipflop zugeführt Die statische Eingangsspannung Ue versorgt über eine Konstantstromquellenschaltung mit der. Elementen Diode V7, FET V8, Widerstand R 9, Kondensatoren C 6, C 5 und Widerständen R5,R6 die beiden Schalttransistoren Vl, VZ Aufgrund der Transistorschaltzeiten ist das Signal an den Eingängen der NOR-Gatter R und 5 nicht mehr rechteckförmig. Das Flipflop RS, das mit der Betriebsspannung Uv betrieben wird, dient alsSignalregenerator, so daß an den Ausgängen Q und Q wieder ein sauberes Rechtecksignal ansteht, das der nächsten Stufe zugeführt werden kann.

Die Sicherheitseigenschaft der Schaltung ist in der zweikanaligen, gegenphasigen Arbeitsweise der Anordnung und in der Schaltung der Schalttransistoren Vl und V 2 enthalten. Das Flipflop RS dient nur zur Signalregenerierung und trägt keine Sicherheitsfunktion.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fehlersichere UN D-Verknüpfung statischer Eingangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß diverse statische Eingangssignaie (U_c , ... U_en) einzeln an verschiedene reihengeschaltete fehlersichere UND-Glieder(1 bis /^angeschlossen sind, die zweikanalig aufgebaut sind und von gegenphasigen dynamischen Eingangssignalen (Puls, Puls) durchlaufen werden, wobei diese eingangsseitig eingespeisten dynamischen Signale (Puls, Puls) als Kriterium nur weitergegeben werden, wenn das zugehörige statische Eingangssignal (U_c\... U„) im Bereich logisch 1 liegt

2. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das letzte der reihengeschalteten UND-Glieder (n) doppelkanalig mit einem Fail-safe-Verstärker (10) verbunden ist, über den eine transformatorische Auskopplung sowie GleichricTi ding der dynamischen Signale zu einci" Gleichspannung (U₃) crfüigt

3. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem letzten reihengeschalteten UND-Glied (10) einkanalig eine Transistorstufe (11) als dynamischer Ausgang für eine Wechselspannung (U.) angekoppelt ist.

4. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenphasigen dynamischen Eingangssignaie (Puls, Puls) von eine!·· vorgeschalteten Oszillator (0) erzeugt werden.

5. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach den Ansprüchen 1 bis4, dadurch gek'jnnzpjchnet, daß jedes der UND-Glieder (1 bis njgleichartige Kanäle (I, II) für die gegenphasigen dynamischen Eingangssignale (Puls, Puls) aufweist, die jeweils aus einem Spannungsteiler (R VR 3 bzw. R 2/R 4) mit im Teilerpunkt angeschlossenem Schalttransistor (Vi bzw. V2) bestehen, an den kollektorseitig die statische Eingangsspannung (U_e) gelegt ist und ferner das zugehörige dynamische Signal (Puls bzw. PuTi) jeweils über einen Koppelkondensator (Q bzw. C₂) und eine quergeschaltete Koppeldiode (V3 bzw. VA) ausgekoppelt wird und über eine Klemmdiode (VS bzw. V 6) geführt als Rechteckspannung abnehmbar ist.

6. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes, einem UND-Glied (z. B 1) zugeordnete statische Eingangsspannungssignal (z. B. U_e\) über eine Konstantstromquellenschaltung (VT, V 8, R9, C 6, CS) an die Schalttransistoren (VX, V2) beider Kanäle (I, 11) geführt ist.

7. Fehlersichere UND-Verknüpfung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Klemmdioden (VS, V 6) geführten dynamischen Rechtecksignale (Puls, Puls) beider Kanäle (I, II) jeweils über ein NOR-Gatter (R bzw. 5; geführt werden, wobei diese als Flipflop mit antivalenten Ausgängen (Q. (^geschaltet sind.