DE3338490C2

DE3338490C2 -

Info

Publication number: DE3338490C2
Application number: DE3338490A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7250 Leonberg De Puentzner; Joerg Dipl.-Ing. 7257 Ditzingen De Schwarzwaelder
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-10-22
Filing date: 1983-10-22
Publication date: 1990-05-31
Also published as: YU177784A; ES8604053A1; AT398296B; IL73207A; ATA323384A; ZA848000B; DE3338490A1; ES536976A0; YU44881B; IL73207A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of claim 1.

Solche Schaltungsanordnungen werden in den Anlagen der Deutschen Bundesbahn sei langer Zeit eingesetzt und sind z.B. in der Zeitschrift "Eisenbahntechnische Praxis" 1959, Heft 3, Seiten 25 bis 26 beschrieben. In der Regel werden die den Betriebsstrom auswertenden Meßeinrichtungen hier von Überwacherrelais gebildet, die mittels Übertragern an die Verbraucherstromkreise angekoppelt sind und sich nur so lange im angezogenen Zustand befinden, solange der jeweilige Betriebsstrom einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreitet. Ist die Zuleitung zu einem Stromverbraucher sehr lang, so verursacht sie einen kapazitiven Fehlstrom, der auch nach Ausfall des Verbrauchers fließt und dem bei der Bemessung des Rückfallwerts des Überwacherrelais Rechnung getragen werden muß. Bei Signallampen, bei denen eine Tag/Nacht-Umschaltung erforderlich ist, muß zusätzlich noch berücksichtigt werden, daß für die kapazitiven Fehlströme und damit für die Rückfallwerte der Relais die hohe Tagspannung, für die Ansprechwerte der Relais dagegen die niedrigere Nachtspannung der Berechnung zugrundegelegt werden muß.Such circuit arrangements are in the systems of German Federal Railways have long been used and are e.g. in the journal "Eisenbahntechnische Praxis" 1959, volume 3, pages 25 to 26. Usually will evaluate the operating current Measuring devices formed here by monitoring relays, the by means of transformers to the consumer circuits are coupled and only in the dressed State as long as the respective operating current does not fall below a certain minimum value. Is the lead to a power consumer very long, so it causes a capacitive leakage current that too after failure of the consumer flows and at Dimensioning the release value of the monitoring relay Must be taken into account. With signal lamps, with which a day / night switching is required must additionally be taken into account that for the capacitive fault currents and thus for the fallback values the relay the high daytime voltage, for the response values the relay, however, the lower night voltage of the Calculation must be taken as a basis.

Um die beschriebenen Schwierigkeiten, die den Einsatz teurer Spezialrelais erfordern und die maximale Zuleitungslänge zu den Stromverbrauchern begrenzen, zu beseitigen, wurden Schaltungsanordnungen entwickelt, die die Ansprech- und Rückfallwerte der Überwacherrelais abhängig vom Einschalten des Stromverbrauchers beeinflussen und die Anpassung des Überwachungsschwellwertes an den jeweils auftretenden Betriebsstrom ermöglichen. Solche Schaltungsanordnungen sind in der DE-PS 31 45 744 und der DE-OS 31 40 559 beschrieben.To the described difficulties, the use require expensive special relays and the maximum Limit supply line length to electricity consumers, too eliminate, circuit arrangements were developed that the response and release values of the monitoring relays depending on the switching on of the power consumer influence and adapt the Monitoring threshold at the respectively occurring Enable operating current. Such circuit arrangements are in DE-PS 31 45 744 and DE-OS 31 40 559 described.

Die DE-AS 12 49 315 lehrt, daß beim Durchbrennen der Signallampe eine induktive Belastung (Transformator im Leerlauf) und bei Unterbrechung der Speiseleitung eine kapazitive Belastung auftritt. Die in dieser Schrift beschriebene Überwachungseinrichtung liefert eine den ordnungsgemäßen Zustand kennzeichnende Ausgangsspannung, wenn bei einer bestimmten Speisespannung des Lichtsignalstromkreises die Amplitude des Speisestromes innerhalb bestimmter Grenzen liegt und der Speisestrom eine zulässige Phasenverschiebung gegenüber der Speisespannung nicht überschreitet. Die Überwachungseinrichtung verwendet zur Ermittlung der Phasenbeziehung sowie zur Amplitudenbestimmung einen Transfluxor. DE-AS 12 49 315 teaches that when the Signal lamp an inductive load (transformer in Idle) and if the supply line is interrupted one capacitive load occurs. The one in this writing The monitoring device described provides the proper condition characterizing output voltage, if at a certain supply voltage of the Light signal circuit the amplitude of the feed current is within certain limits and the feed current a permissible phase shift compared to Supply voltage does not exceed. The Monitoring device used to determine the Phase relationship as well as for determining the amplitude Transfluxor.

Die Überwachung von Betriebsspannung und Betriebsstrom mittels eines Zweiphasen-Motorrelais ist aus der DE-AS 11 41 314 bekannt.Monitoring of operating voltage and operating current by means of a two-phase motor relay DE-AS 11 41 314 known.

Aufgabe der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die eine Überwachung von Wechselstromverbrauchern in Stellwerks-Außenanlagen ohne den Einsatz von Relais gestattet.The object of the invention is a circuit arrangement which monitoring of AC consumers in External signal box systems without the use of relays allowed.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung verwendet eine mit der Phase der Wechselspannung synchronisierte Abtastschaltung zur Erfassung des Betriebszustandes des Wechselstromverbrauchers. Mit ihr ist es möglich, den Verbraucherstromkreis in bestimmten Phasenlagen der Betriebsspannung abzufragen. Es kann dann z.B. der Spannungsabfall am Meßwiderstand nur im Spannungsmaximum der Betriebswechselspannung gemessen werden. An dieser Stelle hat der ohmsche Stromanteil des Leitungsstromes ein Maximum, während induktive und kapazitive Leitungsstromanteile verschwinden. Der Einfluß der Zuleitung ist damit ausgeschaltet. This task is carried out in the characterizing part of the Features specified claim 1 solved. The Circuit arrangement according to the invention uses a the phase of the AC voltage synchronized Scanning circuit for detecting the operating state of the AC consumer. It is possible with her Consumer circuit in certain phases of the Query operating voltage. It can then e.g. the Voltage drop across the measuring resistor only at the maximum voltage the operating alternating voltage can be measured. At this Place has the ohmic part of the line current a maximum while inductive and capacitive Line current components disappear. The influence of The supply line is now switched off.

Eine besonders einfache Ankopplung der Abtastschaltung er hält man, wenn, wie in Anspruch 2 beschrieben, als Schwell wertschaltung die Leuchtdiodenstrecke eines Optokopplers verwendet wird. Steigt der Spannungsabfall am Meßwiderstand über die Dioden-Durchlaßspannung an, so wird die Schalt strecke des Opto-Kopplers leitend. Dieser Zustand tritt wegen der Richtungsleiteigenschaften der Leuchtdiode nur während jeder zweiten Halbwelle des Betriebsstromes auf und kann abgetastet werden. Der Wechsel zwischen Leitfähig keit und Nichtleitfähigkeit der Schaltstrecke des Opto kopplers von Halbwelle zu Halbwelle kann zur Funktions überwachung des Optokopplers ausgenutzt werden. Wird die Schaltstrecke des Optokopplers z.B. durch Kurzschluß dauernd leitfähig, so wird dies dann bemerkt.A particularly simple coupling of the scanning circuit one holds when, as described in claim 2, as a threshold value switching the light-emitting diode section of an optocoupler is used. The voltage drop across the measuring resistor increases on the diode forward voltage, so the switching stretch the opto-coupler conductive. This condition occurs because of the directional properties of the LED only during every second half-wave of the operating current and can be scanned. The switch between conductive speed and non-conductivity of the switching distance of the Opto Couplers from half-wave to half-wave can be functional monitoring of the optocoupler can be used. Will the Switching distance of the optocoupler e.g. due to short circuit conductive, this is then noticed.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung ist in Anspruch 3 beschrieben. Hier wird zur An kopplung der Abtastschaltung ein Übertrager mit magnetisch hartem Material als Kernmaterial verwendet. Ein solcher Übertrager gibt erst dann sekundärseitig Spannung ab, wenn der primärseitig eingespeiste Strom eine bestimmte Strom stärke übersteigt.Another embodiment of the circuit according to the invention arrangement is described in claim 3. Here is the An Coupling the sampling circuit with a magnetic transducer hard material used as core material. Such a The transformer only releases voltage on the secondary side when the current fed in on the primary side is a certain current strength exceeds.

Die Ansprüche 4 und 5 betreffen Möglichkeiten zur Syn chronisierung zwischen Abtasttakt und Betriebsspannung. Die in Anspruch 5 beschriebene Möglichkeit, bei der die Betriebsspannung vom Taktgeber der Abtastschaltung ge steuert wird, bietet sich dann an, wenn die Betriebs wechselspannung ohnehin im Stellwerk aus einer Gleich spannung oder einer niederfrequenteren Wechselspannung erzeugt werden muß. Claims 4 and 5 relate to possibilities for syn Chronization between sampling clock and operating voltage. The possibility described in claim 5, in which the Operating voltage from the clock generator of the sampling circuit controls, lends itself when the operating AC voltage in the signal box from a DC anyway voltage or a lower frequency AC voltage must be generated.

Anspruch 6 betrifft eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich für den Einsatz in einem elektronischen Stellwerk be sonders eignet.Claim 6 relates to an embodiment of the invention, the be for use in an electronic signal box particularly suitable.

In den Patentansprüchen 7 und 8, schließlich, sind Weiter bildungen der Erfindung angegeben, die eine zusätzliche überwachung der Betriebsspannungsquelle auf Ausfall er möglichen.In the claims 7 and 8, finally, are further Formations of the invention indicated an additional Monitoring the operating voltage source for failure possible.

Anhand zweier Figuren sollen nun Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung nach der Erfindung beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.Using two figures, exemplary embodiments of the Circuit arrangement according to the invention described and their function will be explained.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Ein Wechselstromverbraucher, in diesem Falle eine Signallampe L, ist über einen Transformator TR an eine Wechselspannungsquelle UB angeschlossen. Hierbei befin det sich die Signallampe und der Transformator in der Au ßenanlage eines Stellwerkes ST. In der Zuleitung zur Pri märwicklung des Transformators ist ein Meßwiderstand RM angeordnet, an dem eine vom Wert des Meßwiderstandes und vom Betriebsstrom abhängige Spannung abfällt. Die am Meßwiderstand RM abfallende Spannung wird einem Schwell wertschalter SW zugeführt und dort mit einem Referenz spannungswert verglichen. Der Ausgang des Schwellwert schalters ist mit einer Abtastschaltung AS verbunden und wird von dieser abgefragt. Die Abfrage erfolgt jedoch nicht ständig, sondern nur zu den Zeitpunkten, in denen die Wech selspannung UB ihren maximalen oder ihren minimalen Wert annimmt. Zu diesem Zweck wird die Abtastschaltung über einen Impulsformer IF mit der Wechselspannungsquelle syn chronisiert. Der Impulsformer erzeugt hierzu zu den Zeit punkten, an denen die Wechselspannungsphase ihre Scheitel werte annimmt, Triggerimpulse, die er der Abtastschaltung zuführt. Fig. 1 shows the principle of the circuit arrangement according to the invention. An AC power consumer, in this case a signal lamp L , is connected to an AC voltage source UB via a transformer TR . Here, the signal lamp and the transformer are located in the outdoor system of a signal box ST . In the supply line to the primary winding of the transformer, a measuring resistor RM is arranged, at which a voltage dependent on the value of the measuring resistor and the operating current drops. The voltage drop across the measuring resistor RM is fed to a threshold switch SW and compared there with a reference voltage value. The output of the threshold switch is connected to a sampling circuit AS and is queried by it. However, the query does not take place continuously, but only at the times when the AC voltage UB assumes its maximum or minimum value. For this purpose, the sampling circuit is synchronized with the AC voltage source via a pulse shaper IF . For this purpose, the pulse shaper generates trigger pulses, which it supplies to the sampling circuit, at the points in time when the AC phase reaches its peak values.

Ist der Wechselstromverbraucher wie in Fig. 1 eine ohmsche Last, so muß der durch diese Last verbrauchte Wirkstrom mit der Betriebsspannung in Phase sein. Hierbei ist vorausge setzt, daß die Betriebsspannungsquelle UB genügend nieder ohmig ist um eine eingeprägte Spannung ab zu geben. Der kapa zitive Anteil des Leitungstromes ist gegenüber dem Wirk strom um 90° phasenverschoben. Er hat deshalb zum Abtast zeitpunkt einen Nulldurchgang und wirkt sich auf das Meß ergebnis nicht aus. Im Falle eines Fadenbruches der Signal lampe L wird deshalb auch bei großer Länge der Zuleitung kein Spannungsabfall am Meßwiderstand RM festgestellt. Die Abtastschaltung gibt die Lage des Schwellwertschalters als Prüfsignal an das Stellwerk ST weiter.If the AC consumer as in FIG. 1 is an ohmic load, the active current consumed by this load must be in phase with the operating voltage. It is presupposed that the operating voltage source UB is sufficiently low ohmic to give an impressed voltage. The capacitive portion of the line current is 90 ° out of phase with the active current. It therefore has a zero crossing at the time of sampling and has no effect on the measurement result. In the event of a thread breakage of the signal lamp L , no voltage drop across the measuring resistor RM is therefore detected even with a long length of the feed line. The scanning circuit forwards the position of the threshold switch as a test signal to the ST signal box.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanord nung nach der Erfindung, das sich zum Einsatz in einem elektronischen Stellwerk besonders eignet. Es wird hier als Abtastschaltung ein Rechner R verwendet. Dieser tastet nicht nur die Ausgänge zweier Schwellwertschalter SW 1, SW 2 ab, sondern er steuert auch eine besondere Wechselspannungs quelle G, welche die Betriebsspannung für die Signallampe L liefert. Die Synchronisation zwischen Wechselspannungsquel le und abtastendem Rechner braucht deshalb nicht durch be sondere Schaltungsmaßnahmen hergestellt zu werden. Von den beiden Schwellwertschaltern dient einer (Schwellwertschal ter SW 1) der Überwachung des Betriebsstromes, der andere (Schwellwertschalter SW 2) der zusätzlichen Überwachung der Betriebsspannung. Die Schwellwertschalter sind hier in sehr einfacher Weise als Optokoppler ausgebildet, mit deren Leuchtdioden Vorwiderstände RV 1, RV 2 und Sicherungs elemente SI in Reihe geschaltet ist. Die Ausgänge der Opto koppler sind direkt mit dem Rechner verbunden. Dies ist ohne weiteres möglich, da die Optokoppler eine gute galva nische Trennung zwischen Rechner und Lampenstromkreis be wirken. Wird ein Schwellwert, in diesem Falle die Durch laßspannung einer Leuchtdiode eines Optokopplers, über schritten, so wird der zugehörige Phototransistor leitend und eine über einen Vorwiderstand R 1, R 2 angelegte Vor spannung U+ bricht zusammen, was vom Rechner festgestellt wird. Zum Schutz der Leuchtdiode des Optokopplers vor Über spannungen kann parallel zum Meßwiderstand eine Z-Dioden- Klemmschaltung vorgesehen werden. Fig. 2 shows an embodiment of the circuit arrangement according to the invention, which is particularly suitable for use in an electronic signal box. A computer R is used here as a sampling circuit. This not only scans the outputs of two threshold switches SW 1 , SW 2 , but also controls a special AC voltage source G , which supplies the operating voltage for the signal lamp L. The synchronization between AC voltage source and scanning computer therefore does not need to be established by special circuit measures. Of the two threshold switches, one (threshold switch SW 1 ) is used to monitor the operating current, the other (threshold switch SW 2 ) is used for additional monitoring of the operating voltage. The threshold switches are designed here in a very simple manner as optocouplers, with whose light-emitting diodes series resistors RV 1 , RV 2 and fuse elements SI are connected in series. The outputs of the optocouplers are directly connected to the computer. This is easily possible because the optocouplers provide good electrical isolation between the computer and the lamp circuit. If a threshold value, in this case the pass-through voltage of a light-emitting diode of an optocoupler, is exceeded, the associated phototransistor becomes conductive and a voltage applied via a series resistor R 1 , R 2 collapses before U +, which is determined by the computer. To protect the light-emitting diode of the optocoupler from overvoltages, a Z- diode clamping circuit can be provided in parallel with the measuring resistor.

Die Verwendung von Optokopplern als Schwellwertschalter hat einen weiteren wichtigen Vorteil, der der signaltechnischen Sicherheit zugute kommt: Da die Leuchtdiode ein Richtungs leiter ist, spricht sie nur an, wenn positive Spannung an der Anode anliegt. Damit sind die Phototransistoren der Optokoppler auch bei zum Betrieb der Leuchtdiode ausreichen der Spannung nur zu den Abtastzeitpunkten leitfähig, die mit dem positiven Scheitelwert der Wechselspannungsphase zusammenfallen. Zu den Abtastzeitpunkten, die in der nega tiven Halbwelle der Wechselspannungsphase liegen, sind die Phototransistoren nichtleitend. Der Rechner stellt dem nach am Ausgang der Optokoppler eine Wertefolge O-L-O-L-O fest. Diese Wertefolge läßt aber eine Aussage über das ordnungsgemäße Funktionieren des Optokopplers zu. Ein Ausfall einer Leuchtdiode oder eines Phototransistors be wirkt in jedem Falle eine Wertefolge O-O-O oder L-L-L.The use of optocouplers as a threshold switch has another important advantage, that of signaling Safety benefits: Since the LED is a directional conductor, it only speaks when positive tension is applied the anode is applied. The phototransistors are now the Optocouplers are also sufficient to operate the LED the voltage is only conductive at the sampling times that with the positive peak value of the AC phase collapse. At the sampling times in the nega tive half-wave of the AC phase are Non-conductive phototransistors. The calculator provides that a sequence of values O-L-O-L-O at the optocoupler output firmly. However, this sequence of values leaves a statement about the proper functioning of the optocoupler. A Failure of a light emitting diode or a phototransistor in any case, a sequence of values O-O-O or L-L-L.

Durch Überwachung der Wertefolge durch den Rechner kann die in Fig. 2 dargestellte Schaltung deshalb ohne Ver doppelung irgendwelcher Schaltungsteile signaltechnisch sicher betrieben werden.By monitoring the sequence of values by the computer, the circuit shown in FIG. 2 can therefore be operated in a signal-safe manner without any duplication of any circuit parts.

Claims

1. Circuit arrangement for monitoring the operating state of AC consumers (L) used in the external system of a signal box, in particular signal lamps, with a measuring device evaluating the operating current, characterized in that the measuring devices have a measuring resistor (RM) arranged in the circuit of the AC consumer ( L ) , a threshold circuit ( SW , SW 1 ) connected in parallel for comparing a voltage drop across the measuring resistor with a predetermined minimum voltage value and a (IF) sampling circuit (AS, R) synchronously controlled with the phase of the alternating voltage (UB ) for querying the output of the threshold circuit Points in time within the AC voltage periods at which the reactive current has a zero crossing and for the output of a fault message, depending on the result of this query.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold circuit ( SW 1 ) consists of a series connection of a series resistor ( RV 1 ) with a light-emitting diode section of an optocoupler ( OK 1 ) and that the switching section of the optocoupler ( OK 1 ) for querying their switching state is connected to the input of the sampling circuit (R) .

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold circuit (SW) is formed by a transformer with a magnetically active core, the primary winding is connected in series with a series resistor, the measuring resistor (RM) , and that the core material of the transformer is selected so that a significant voltage is only induced in a secondary winding connected to the input of the sampling circuit when the current in the primary winding exceeds a threshold value.

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for synchronous control of the sampling circuit (AS), a pulse shaper circuit ( IF) is provided, which is supplied on the input side with the operating voltage (UB) of the AC consumer (L) and which at all maxima and minima Operating voltage (UB) outputs a trigger pulse to the scanning circuit.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sampling circuit (AS, R) contains a clock generator for generating the sampling clock and that the clock frequency output by this clock generator is additionally used to control an AC generator ( G ) which Operating current for the AC consumer (L) generated.

6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a microcomputer ( R ) is used as the sampling circuit.

7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in addition an operating voltage monitoring takes place, that for this purpose a further threshold circuit ( SW 2 ) is used, which is connected in series with a series resistor ( RV 2 ) of the operating voltage source (G) and that Output of the further threshold value circuit ( SW 2 ) is monitored by a further sampling circuit controlled synchronously with the phase of the operating AC voltage (UB) .

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that instead of another with the phase of the operating AC voltage synchronously controlled sampling circuit, the same sampling circuit (R) is used, which is already used to evaluate the operating current.