DE3435225A1

DE3435225A1 - Method for monitoring the insulation of two-wire lines

Info

Publication number: DE3435225A1
Application number: DE19843435225
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 6800 Mannheim Loechner; Richard Dipl.-Ing. 6944 Hemsbach Surk
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1984-09-26
Publication date: 1986-04-03

Abstract

The insulation resistance (5) between the two lines (1, 2) of a cable is evaluated in a comparator (6) and serves as a yardstick for the quality of the cable. The quality of the cable connection terminal (3) can also be monitored in this way. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Isolationsüberwachung von Zweidrahtlei-Procedure for insulation monitoring of two-wire lines

tungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Isolationsüberwachung von Zweidrahtleitungen, wobei die Zweidrahtleitung offen geschaltet ist und aus einer Speisespannungsleitung und einer Signalleitung besteht. Das Verfahren findet Anwendung bei elektronischen Steuerungen.The invention relates to a method for insulation monitoring of two-wire lines, the two-wire line being switched open and off a supply voltage line and a signal line. The procedure takes place Use in electronic controls.

Aus der Broschüre: BBC-Elektronik, Baureihe IC-V, Bestell-Nr. D VK 1227 81D ist eine Schaltung zur Funktionskontrolle eines Kontaktes bzw. der Anschlußleitungen bekannt. Dieser Kontakt kann beispielsweise der Endschalter einer motorbetriebenen Pumpstation sein. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Übersichtsskizze wird ein Betriebsstrom Is über einen Schalter S auf eine Auswertbeschaltung in Form eines Komparators K geführt. Dieser Komparator K erkennt, ob bei geschlossenem Schalter S sowohl die Anschlußleitungen als auch der Schalter selbst in Ordnung sind. Bei geöffnetem Schalter ist es aber schwierig festzustellen, ob die Anschlußleitungen immer noch in Ordnung sind. Zu diesem Zweck ist parallel zu dem Schalter S ein definierter Widerstand R angeordnet. Auch bei geöffnetem Schalter S fließt jetzt ein Strom Is durch die Anschlußleitungen und den Widerstand R zu dem Komparator K. Dieser durch den Widerstand R hervorgerufene Strom wird im Komparator K ausgewertet und besagt, daß die Anschlußleitungen in Ordnung sind.From the brochure: BBC Electronics, IC-V series, order no. D VK 1227 81D is a circuit for the function control of a contact or the connection lines known. This contact can, for example, be the limit switch of a motor-operated one Be a pumping station. According to the overview sketch shown in FIG. 1, an operating current Is to an evaluation circuit in the form of a comparator K via a switch S guided. This comparator K recognizes whether, when the switch S is closed, both the Connection lines and the switch itself are OK. With the switch open but it is difficult to determine whether the connecting lines always are still okay. For this purpose there is a defined parallel to the switch S. Resistor R arranged. A current Is now also flows when the switch S is open through the connecting lines and the resistor R to the comparator K. This through the current caused by the resistance R is evaluated in the comparator K and states that the connection lines are OK.

Bei geschlossenem Schalter wird der Widerstand R überbrückt und es fließt ein sehr viel größerer Strom. Der Komparator K erkennt also aus der Höhe des Stromflusses, ob die Anschlußleitungen bzw. der Schalter in Ordnung sind.When the switch is closed, the resistor R is bridged and it a much larger current flows. The comparator K recognizes from the height the current flow, whether the connection lines or the switch are OK.

Mit diesem Verfahren kann also festgestellt werden, ob eine Leitung, die mit binären Signalen (Schalter auf oder zu) beaufschlagt wird, einen einwandfreien Zustand (keinen Drahtbruch) aufweist.This procedure can therefore be used to determine whether a line, to which binary signals (switch open or closed) are applied, a faultless one State (no wire break).

Eine weitere Schaltung zur Überwachung einer Leitung ist bekannt aus DE-PS 25 54 974. Hier soll überprüft werden, ob irgendeine Leitung einen Kurzschluß nach Erde aufweist. Die Suche nach einem evtl. aufgetretenen Erdschluß kann hierbei auch bei eingeschalteter Anlage erfolgen.Another circuit for monitoring a line is known from DE-PS 25 54 974. The aim here is to check whether any line is short-circuited to earth. The search for an earth fault that may have occurred can here even when the system is switched on.

Als weiteres Kriterium für das einwandfreie Funktionieren einer elektronischen Steuerungsanlage kommt die Überwachung des Isolationswiderstandes zwischen den einzelnen Leitungen hinzu. Bei rauhem Betrieb mit aggressiven Flüssigkeiten oder Dämpfen beispielsweise in Chemie oder wasserwirtschaftlichen Anlagen dringt in das Kabel Feuchtigkeit ein, die den Isolationswiderstand der Leitungen untereinander stark verändert. Im Extremfall kann sogar eine sehr niederohmige Verbindung auftreten, so daß eine einwandfreie Signalübermittlung unmöglich ist.Another criterion for the proper functioning of an electronic Control system comes to monitor the insulation resistance between the individual Lines added. In rough operation with aggressive liquids or vapors, for example in chemical or water management systems moisture penetrates the cable, which greatly changes the insulation resistance of the lines from one another. In the extreme even a very low-resistance connection can occur, so that a perfect Signal transmission is impossible.

Zur Überprüfung der Isolation bei bekannten Prüfein richtungen wird das Kabel am Ende abgeklemmt (offengeschaltet) und mit einem Isolationsprüfgerät der Widerstand zwischen den einzelnen Leitern festgestellt. Eine Signalübermittlung ist für die Zeit der Prüfung ausgeschlossen.For checking the insulation with known tests directions the cable is disconnected at the end (switched open) and with an insulation tester the resistance between the individual conductors was determined. A signal transmission is excluded for the duration of the examination.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Meßverfahren anzugeben, das permanent die Güte eines Kabels hinsichtlich Isolationswiderstand überprüft und bei bestimmten Grenzwerten eine Fehlermeldung abgibt.It is therefore the object of the invention to specify a measuring method that permanently checks the quality of a cable in terms of insulation resistance and issues an error message at certain limit values.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. In Erweiterung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auch angeschaltete Anschlußklemmen überprüfen.According to the invention, this is made possible by the features of claim 1 achieved. As an extension of the method according to the invention, it is also possible to switch on Check connection terminals.

Neben den bereits bekannten Verfahren zur Drahtbruch-und Erdschlußüberwachung wird durch das erfindungsgemäße Isolationsmeßverfahren die Fehlerquote bei elektronischen Steuerungen weiter reduziert. Die Güte eines Kabels (Kabelqualität), die sehr abhängig ist von mechanischen Beschädigungen und Umwelteinflüssen, kann jetzt fortwährend erfaßt werden, so daß anhand von Grenzwerten eine schleichende Verschlechterung des Kabels feststellbar ist und rechtzeitig ein Austausch vorgenommen werden kann. Ein derartiger Austausch muß aber erst dann erfolgen, wenn eine vorher festgelegte Toleranzuntergrenze erreicht ist.In addition to the already known methods for wire breakage and earth fault monitoring the isolation measurement method according to the invention reduces the error rate in electronic Controls further reduced. The quality of a cable (cable quality) which is very dependent is from mechanical damage and environmental influences, can now continuously are detected, so that a gradual deterioration based on limit values of the cable can be determined and an exchange can be made in good time. Such an exchange only has to take place if a previously determined one Lower tolerance limit has been reached.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich auch in vorteilhafter Weise eine Überprüfung der Anschlußklemmen vornehmen. Denn diese Klemmen sind, da sie meistens ungeschützt liegen, besonders häufig aggressiven Flüssigkeiten und Verunreinigungen ausgesetzt.The method according to the invention can also be used in an advantageous manner Way to check the terminals. Because these clamps are there they are mostly unprotected, particularly often aggressive liquids and Exposed to contaminants.

Der zur Auswertung vorgesehene Operationsverstärker in Verbindung mit einem Komparator ist ein handelsübliches Bauteil, das kostengünstig einzusetzen ist und trotzdem hochgenaue Strommessungen ermöglicht. In vorteilhafter Weise kann dieser Komparator mit anderen Bereichen auch zur Drahtbruchüberwachung mitverwendet werden, allerdings wird dann mit wesentlich geringeren Widerstandswerten gearbeitet. Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.The operational amplifier intended for evaluation in connection with a comparator is a commercially available component that is inexpensive to use and still enables highly accurate current measurements. Can advantageously this comparator is also used with other areas for wire break monitoring are, however, then work with significantly lower resistance values. Further advantages can be seen from the description below.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren wird nachstehend anhand der Fig. 2 näher erläutert.An exemplary embodiment for the monitoring method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIG.

Während in Fig. 1 eine bekannte Möglichkeit aufgezeigt wurde, die Funktionsfähigkeit einer Kontaktstellung zu überwachen, zeigt Fig. 2 ein Verfahren zur Prüfung des Isolationswiderstandes einer zweiadrigen Leitung auf.While in Fig. 1, a known possibility was shown, the To monitor the functionality of a contact position, FIG. 2 shows a method for testing the insulation resistance of a two-core cable.

An das Eingabegerät einer elektronischen Steuerung sind eine Vielzahl von Kontakten angeschaltet. Diese Kontakte dienen zur Überwachung unterschiedlicher Prozeßaufgaben.There are a large number of input devices for an electronic control system switched on by contacts. These contacts are used to monitor different Process tasks.

Über diese Kontakte können aber auch Ausgänge anderer Elektronikgeräte angeschaltet werden. In Abhängigkeit der Kontaktstellung werden binäre Signale erzeugt, die dann in einem Eingabegerät ausgewertet werden und als Telegramme über ein Bussystem an eine Zentrale geführt werden.Outputs from other electronic devices can also be accessed via these contacts be switched on. Binary signals are generated depending on the contact position, which are then evaluated in an input device and as telegrams via a bus system to a control center.

Dieses System ist in Fig. 2 nur andeutungsweise dargestellt.This system is only indicated in FIG. 2.

Ein zweiadriges Kabel besteht aus einer Speisespannungsleitung 1 und einer Signalleitung 2. Über eine Kontaktklemme 3 ist ein Kontakt 4 an die beiden Leitungen 1, 2 angeschaltet. Der Schaltkontakt 4 stellt dabei ein binä res Prozeßdatensignal dar, das ausgewertet werden soll.A two-core cable consists of a supply voltage line 1 and a signal line 2. A contact 4 is connected to the two via a contact terminal 3 Lines 1, 2 switched on. The switch contact 4 is a binary res Process data signal that is to be evaluated.

In die beiden Leitungen 1, 2 ist der gestrichelt gezeichnete Isolationswiderstand 5 zwischen der Speisespannungsleitung 1 und der Signalleitung 2 eingetragen.The insulation resistance shown in dashed lines is in the two lines 1, 2 5 entered between the supply voltage line 1 and the signal line 2.

Dieser Isolationswiderstand 5 hat bei einem neuen, ungebrauchten zweiadrigen Kabel einen Widerstandswert von größer 1 M . An die Signalleitung 2 ist ein Komparator 6 angeschaltet, der seine Auswertung über ein Bussystem auf eine nicht gezeigte Zentrale leitet.This insulation resistance 5 has in a new, unused two-wire Cable has a resistance value greater than 1 M. A comparator is connected to the signal line 2 6 is switched on, which sends its evaluation to a not shown via a bus system Headquarters directs.

Diese Anordnung arbeitet wie folgt: Eine auf O-Volt bezogene Betriebsspannung US (vorwiegend 24 V) schickt bei geöffnetem Kontakt 4 einen Meßstrom IM über den Widerstand 5 auf den Komparator 6. Dieser Strom IM ist, da der Widerstand 5 zwischen den beiden Leitungen 1, 2 sehr hochohmig ist, sehr gering. Der geringe Strom im pA-Bereich reicht aber dem Komparator 6 bereits zur Auswertung aus.This arrangement works as follows: An operating voltage related to 0 volts US (mainly 24 V) sends a measuring current IM via the when contact 4 is open Resistor 5 to comparator 6. This current IM is because resistor 5 is between the two lines 1, 2 is very high resistance, very low. The low current in the However, the pA range is already sufficient for the comparator 6 for evaluation.

Die Überprüfung des Meßstromes IM über den imaginären Isolationswiderstand 5 zwischen der Speisespannungsleitung 1 und der Signalleitung 2 erfolgt fortwährend und solange, bis ein Signal über den Kontakt 4 (Kontakt ist geschlossen) ansteht. Nach Durchschalten des Signals auf den Komparator 6 ist der Kontakt 4 wieder geöffnet und der permanente Meßvorgang wird fortgesetzt.Checking the measuring current IM via the imaginary insulation resistance 5 between the supply voltage line 1 and the signal line 2 takes place continuously and until there is a signal via contact 4 (contact is closed). After the signal has been switched through to the comparator 6, the contact 4 is open again and the permanent measuring process is continued.

Im Laufe der Zeit tritt je nach Lage und Betrieb am Kabel eine Qualitätsverschlechterung ein. Dies zeigt sich dadurch, daß durch Verschmutzung und Feuchtigkeit eine leitende Verbindung zwischen den beiden Kabelleitern 1 und 2 oder über die Kontaktklemme 3 entstanden ist. Diese Widerstandsänderung ruft zusätzlich zu dem vorhandenen Meßstrom einen Kriechstrom hervor, der auch von dem Komparator 6 erfaßt wird. Im Extremfall kann der unerwünschte Kriechstrom so ansteigen, daß ein Signal vom Kontakt 4 nicht mehr auswertbar ist.Over time, the quality of the cable deteriorates depending on the location and operation a. This is shown by the fact that due to dirt and moisture, a conductive Connection between the two cable ladders 1 and 2 or via the contact clamp 3 was created. This change in resistance calls in addition to the existing measuring current a leakage current emerges, which is also detected by the comparator 6. In the extreme the unwanted leakage current can increase so that a signal from contact 4 does not is more evaluable.

Um derartige Fehler auszuschließen, ist im Komparator 6 eine Warnschaltung vorgesehen, die bei einem maximal zulässigen Strom (Meßstrom + Kriechstrom) ein Warnsignal abgibt. Hat sich beispielsweise der erfaßte Strom im Komparator auf den unzulässigen Wert von 48 MA erhöht, liegt eine so erhebliche Verschlechterung der Kabelqualität vor, daß eine Auswechselung vorgenommen werden muR.In order to rule out such errors, there is a warning circuit in the comparator 6 provided that at a maximum permissible current (measuring current + leakage current) Gives a warning signal. For example, if the current detected in the comparator is on the Increase in the impermissible value of 48 MA, there is such a considerable deterioration in the Cable quality indicates that a replacement must be made.

Natürlich kann ein erhöhter Strom auch von der verschmutzten Kontaktklemme 3 herrühren. Denn eine derartige Anschlußklemme (im einfachsten Fall eine handelsübliche Lüsterklemme) ist meistens ungeschützt und daher aggressiven Umwelteinflüssen besonders stark ausgesetzt.Of course, an increased current can also flow from the dirty contact terminal 3 originate. Because such a connection terminal (in the simplest case a commercially available Luster terminal) is mostly unprotected and therefore particularly exposed to aggressive environmental influences heavily exposed.

Auf diese Weise läßt sich in vorteilhafter Weise nicht nur die Qualität des verwendeten Kabels, sondern auch die einwandfreie Beschaffenheit der Anschlußklemmen feststellen.In this way, not only the quality can be improved in an advantageous manner of the cable used, but also that the terminals are in perfect condition determine.

Der Komparator 6 erfaßt, wann die gesamte Anlage in den Fehlerfall driftet. An diesen Komparator werden also erhöhte Anforderungen gestellt. Nur in modernster integrierter Schaltungstechnik ist deshalb ein Komparator gemäß der Erfindung herstellbar, der hohen (0 bis 800C) Temperatureinflüssen ausgesetzt ist, der sehr große ( 30) Spannungsbereiche vertragen kann und der eine minimale Bauelementealterung aufweist.The comparator 6 detects when the entire system has failed drifts. Increased requirements are therefore placed on this comparator. Only in The most modern integrated circuit technology is therefore a comparator according to the invention produced, which is exposed to high (0 to 800C) temperature influences, the very Can tolerate large (30) voltage ranges and minimal component aging having.

Die bekannte Uberwachungsschaltung für den Schaltkontakt S gemäß Fig. 1 in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 2 ergibt somit eine Möglichkeit, Fehlerquellen bei der Prozeßdatenübertragung stark einzuschränken.The known monitoring circuit for the switching contact S according to FIG. 1 in connection with the method according to the invention according to FIG. 2 thus results in a Possibility of greatly reducing sources of error in process data transmission.

- L e e r s e i t e -- L e r s e i t e -

Claims

Claims 0 method for insulation monitoring of two-wire lines, wherein the two-wire line is switched open and consists of a supply voltage line and a signal line, characterized in that one of the signal line (2) controlled comparator (6) continuously the through the insulation resistance (5) caused current flow (IM) between the supply voltage line (1) and the Signal line (2) detected and evaluated, and when a maximum permissible value is exceeded Current flow triggers a warning signal.

2. The method according to claim 1, characterized in that an insulation monitoring also a contact clamp (3) connected to the open two-wire line (1,2) takes place via the comparator (6).