DE3611603A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von sensorsignalen bei gleichzeitiger ueberpruefung des sensorsystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Sensorsignalen bei gleichzeitiger Überprüfung des Sensorsystems, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Vorrichtung hierfür, nach dem Oberbegriff des Anspruches 2.

Aus der EP-PS 00 60 552 ist ein Überwachungssystem be­ kannt, bei dem eine Zentraleinheit über eine vieradrige Verbindungsleitung angeschlossene Melder adressiert und aufruft. Diese Melder weisen entweder einen eingebauten Sensor auf oder ein Sensor kann separat angeschlossen werden. Die angeschlossenen bzw. anschließbaren Sensoren können je nach Typ verschiedene physikalische Größen er­ fassen und in eine Widerstandsänderung im Sensorkreis umwandeln. Der Melder wandelt das empfangene Sensorsignal in ein digitales Signal um und übermittelt der Zentral­ einheit das Signal des angeschlossenen Sensors. Dieses bekannte System wurde insbesondere für die Überwachung von Fernwärmerohren entwickelt und eignet sich speziell zur Installation bei Neuerrichtungen von Fernwärme­ netzen.

In bereits bestehenden Fernwärmenetzen wird die Überwa­ chung der Rohre dadurch realisiert, daß entweder ein oder zwei zum Rohr parallel laufende Leitungen mit wasser­ durchlässiger Isolation in die Wärmedämmung des Fernwär­ merohr eingebracht oder jede Schweißnaht des Rohres mit einem Feuchtigkeitssensor versehen wird. Alle Sensoren sind an eine Doppeldrahtleitung angeschlossen und die Überwachung geschieht derart, daß der oder die Sensoren ansprechen, wenn durch eine schadhafte Rohrstelle Wasser austritt und den oder die Sensoren erreicht, wobei deren Isolationswiderstand sich um Zehnerpotenzen verringert.

Zur Überwachung von Abzweigungen in Fernwärmenetzen sind Dioden-Widerstandsnetzwerke vorgesehen, die das Anmessen eines Fehlerortes innerhalb einer abgezweigten Trasse ermöglichen. Somit kann das gesamte Fernwärmerohrnetz auf Dichtigkeit überwacht werden. Allerdings ergeben sich Probleme dahingehend, daß eine Überwachung der Sensor­ kette auf Drahtbruch in Abzweigungen - wenn überhaupt - nur durch Personal möglich ist. Dies bedeutet, daß Stö­ rungen infolge Drahtbruch in Abzweigungen nicht fest­ stellbar sind und Wassereinbruch in die wärmedämmende Ummantelung des Fernwärmerohrs möglicherweise unbemerkt bleibt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, Haupt- und Abzweigleitungen in Fernwärmerohrnetzen nachträglich derart umzurüsten, das eine ständige Überwachung der Sensorkette bzw. der Sen­ sordrähte auf Drahtbruch sowie eine Überwachung des Rohrnetzes auf Wasseraustritte möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel einer Sensorelektronik gemäß Fig. 1.

Der Schaltungsaufbau gemäß Fig. 1 zeigt eine Zentralein­ heit 2, von der eine vieradrige Datenleitung 4 ausgeht, an dem mehrere, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Melderteil 6, angeschlossen sind. Diese Anordnung, die in Fig. 1 in dem Block I zusammengefaßt ist, ist beispiels­ weise aus der EP-PS 00 60 552 bekannt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die in Fig. 1 mit dem Block II bezeichnet ist, weist im wesentlichen ein Steuerteil 8, eine Sensorelektronik 10 sowie eine Sen­ sorkette 12 mit einer Abschlußdiode 14 auf. Bei Abfrage des Melderteils 6 durch die Zentraleinheit 2 wird über ein Abfragesignal 16 aus dem Melderteil 6 der Steuerteil 8 dazu veranlaßt, entsprechend dem Sensorzustand ein Bi­ närsignal, d. h. Spannung bzw. keine Spannung zu ändern oder unverändert zu belassen. Dieses Binärsignal wird in dem Steuerteil 8 solange gespeichert, bis vom Melderteil 6 das Abfragesignal 16 eintrifft.

Über eine potentialfreie Kopplung 18 wird die Sensor­ elektronik 10 einerseits mit Betriebsstrom und Steuersi­ gnalen versorgt und andererseits übermittelt die Sensor­ elektronik 10 über die Kopplung 18 die Sensorsignale an den Steuerteil 8.

Fig. 2 zeigt den genaueren Aufbau der Sensorelektronik 10. Über Anschlüsse 18′ der Kopplung 18 sowie über einen Koppeltransformator 20 wird die Sensorelektronik 10 mit einem impulsförmigen Betriebsstrom versorgt. Über weitere Anschlüsse 18′′ erhält die Sensorelektronik 10 Steuersi­ gnale von dem Steuerteil 8. Die Schnittstelle 22 ist mit Optokopplern 24 und 26 realisiert, die über die Anschlüs­ se 18′′ unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Die weiteren wesentlichen Komponenten der Sensorelektronik 10 sind ein Gleichrichter 28, der in bekannter Art dem Kop­ peltransformator 20 nachgeschaltet ist, sowie zwei Kon­ densatoren 30 und 32 und weiterhin zwei Feldeffekttran­ sistoren 34 und 36. Hierbei sind die Drain-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 34 und 36 zusammengefaßt und mit einer Klemme 38 verbunden, an der eine Leitung der Sen­ sorkette 12 angeschlossen ist. Die zweite Leitung der Sensorkette 12 ist über eine weitere Klemme 40 mit dem Mittelabgriff des Koppeltransformators 20 verbunden. Die Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren 34 und 36 und somit deren Sperrverhalten lassen sich über die Optokop­ pler 24 und 26 ansteuern.

Im folgenden sollen nun - weiterhin unter Bezugnahme auf die Zeichnung - Funktion und Arbeitsweise der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert werden:

Ein Adressierungssignal von der Zentraleinheit 2 veran­ laßt den angesprochenen Melderteil 6 das Abfragesignal 16 an den Steuerteil 8 abzugeben. Wird das Abfragesignal 16 an den Steuerteil 8 geschaltet, so wird für eine be­ stimmte Zeit t ein Wechselstromsignal über den Koppel­ transformator 20 auf den Gleichrichter 28 gegeben und die beiden Kondensatoren 30 und 32 werden mit der entspre­ chenden Polarität aufgeladen. Gleichzeitig mit der Über­ tragung des Wechselstromsignals wird einer der beiden Optokoppler 24 bzw. 26 aktiviert und damit die Gate- Source-Spannung der Feldeffekttransistoren 34 bzw. 36 kurzgeschlossen. Hierdurch wird die Drain-Source-Strecke des betreffenden Feldeffekttransistors 34 bzw. 36 lei­ tend, so daß eine Spannung entsprechender Polarität an der Klemme 38 anliegt. Ist beispielsweise der Transistor 34 leitend geschaltet, so liegt während der Zeit t ein positives Potential an der Klemme 38 und ein negatives Potential an der Klemme 40 an. Wird dagegen über den Optokoppler 26 der Transistor 36 leitend geschalten und der Transistor 34 gesperrt, so kehrt sich das Potential an den Klemmen 38 und 40 entsprechend um. Die Sensorkette 12 ist aus einer Mehrzahl von hintereinander geschalteten Einzelsensoren 12′ gebildet, die in bekannter Weise in Form zweier Metallplatten ausgebildet sind, die durch eine Papierlage elektrisch voneinander isoliert sind. Wird durch austretende Feuchtigkeit die Papierlage naß, so ändert sich der Widerstandswert des Sensors, was über die Klemme 40 abgegriffen werden kann. Der Abgriff an der Klemme 40 wird auf den Koppeltransformator 20 zurückge­ führt und wird von da über den Anschluß 18′ in den Steuerteil 8 eingegeben.

Wird das Potential zwischen den Klemmen 38 und 40 der Sensorelektronik 10 umgepolt, muß bei elektronischen Sen­ soren die Diode 14 dafür sorgen, daß keine schädliche Spannung an den oder die Sensoren 12′ gelangt. Gleich­ zeitig dient die Diode 14 zur Zustandsüberwachung der Sensorleitung selbst, da bei entsprechender Polung an den Klemmen 38 und 40 ein Strom über die Sensorleitung fließt. Dieser erhöhte Strom wird in dem Steuerteil 8 er­ faßt und gemessen und über den Melderteil 6 der Zentral­ einheit 2 mitgeteilt. Aus der Abfolge der eingehenden Meldungen kann ein Auswertcomputer in der Zentraleinheit 2 beispielsweise die Zustände

• 1. Sensoren hochohmig
  2. Sensoren niederohmig
  3. Sensorleitung defekt
  4. Sensorleitung betriebsbereit

und sinnvolle Kombinationen daraus ermitteln.

Bei einer entsprechenden Polung an den Klemmen 38 und 40 ist somit eine Überprüfung des Fernwärmerohrnetzes auf Dichtigkeit einerseits und eine Überprüfung der Sensor­ kette auf Funktionsfähigkeit andererseits möglich.

In Zeiten, in denen über den Koppeltransformator 20 keine Energieübertragung stattfindet, kann über die Optokoppler 24 und 26 eine Sperrung der Transistoren 34 und 36 vor­ genommen werden. In diesem Fall kann eine gleichartige Anordnung an das Sensorsystem aufgeschaltet werden und entsprechende Messungen durchführen. Dieses Merkmal ist insbesondere bei Fernwärmetrassen mit Abzweigungen wich­ tig. Hier sind an den Enden der Abzweigungen und an der Hauptleitung selbst Vorrichtungen der beschriebenen Art einsetzbar. Hierbei ist vorteilhaft, wenn im Bereich der Klemmen 38 und 40 eine Möglichkeit geschaffen wird, diese beiden Klemmen über eine Diode miteinander zu verbinden und die Sensorkette im Bereich der Diode 14 aufzutrennen um somit eine Feuchtigkeitsüberprüfung und Sensorüber­ prüfung von der anderen Seite der Sensorkette her vorzu­ nehmen. Eine Möglichkeit, die Klemmen 38 und 40 über eine weitere Diode miteinander zu verbinden kann beispiels­ weise in Form eines Analogschalters vorgenommen werden.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung be­ steht darüber hinaus darin, daß die Sensorelektronik 10 völlig potentialfrei über den Koppeltransformator 20 und die Optokoppler 24 und 26 mit Betriebsspannung versorgt bzw. angesteuert wird. Eine Potentialfreiheit ist bei örtlich verteilten Sensorsystemen unerlässlich, da ge­ wisse Potentialunterschiede in derartigen Systemen un­ vermeidbar sind und meist die Ursache für fehlerhafte Auswerteergebnisse sind.

Weiterhin ist durch die Verwendung von Wechselstromim­ pulsen ausgeschlossen, daß an den Sensorplatten aufgrund von Lokalelektroden Elektrolyse- und Korrosionserschei­ nungen auftreten.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Abwandlungen denkbar, auf die noch kurz eingegangen werden soll:

Anstelle der Optokoppler 24 und 26 sind andere poten­ tialfreie Übertrager, wie beispielsweise Analogschalter oder dergleichen denkbar. Weiterhin können auch zwei oder mehr Sensorketten an die Sensorelektronik angeschlossen werden. Schließlich können anstelle der beispielhaft ge­ zeigten Feuchtigkeitssensoren für eine Rohrüberwachung auch andere Sensortypen, wie z. B. Temperatur-, Druck- oder Dehnungssensoren angeschlossen werden. In jedem Fall wird der durch das Sensorsystem fließende Strom über die Wechselstromversorgung des Koppeltransformators im Steuerteil der Vorrichtung gemessen und danach der Zu­ stand des Sensorsystems beurteilt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Sensorsignalen bei gleichzeitiger Überprüfung des Sensorsystems, insbe­ sondere bei Sensorsystemen zur Überwachung eines Fernwärme-Rohrsystems, gekennzeichnet durch
potentialfreies Aufbringen von Wechselstromimpulsen auf das Sensorsystem;
Wechseln der Spannungspolarität am Eingang des Sen­ sorsystems; und
Erzeugen und Auswerten von Sensorsignalen und Sen­ sorsystem-Prüfsignalen in Abhängigkeit der Spannungs­ polarität.

2. Vorrichtung zur Verarbeitung von Sensorsignalen bei gleichzeitiger Überprüfung des Sensorsystems, insbe­ sondere für Sensorsysteme im Bereich eines Fernwär­ me-Rohrleitungsnetzes, mit einer Mehrzahl von entlang des Leitungssystems angeordneten Sensoren zur Abgabe eines Sensorsignales und mit einem Steuerteil zum Empfang und zur Auswertung des Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, daß
eine vom Steuerteil (8) galvanisch getrennte Sensor­ elektronik (10) vorgesehen ist;
das Sensorsignal und ein Sensorzustandssignal dem Steuerteil (8) alternierend zugeführt werden;
das Steuerteil einen Steuersignalanschluß (18′′) und einen Spannungsversorgungsanschluß (18′) aufweist, welche die Sensorelektronik (10) mit einer Betriebs­ spannung und Steuersignalen versorgen; und
die Sensorelektronik wenigstens zwei Anschlüsse (38, 40) für die Sensoren (12′) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende einer aus einer Mehrzahl von Sensoren (12′) gebildeten Sensorkette (12) eine Abschlußdiode (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betriebsspannung und/oder die Steuersignale impulsförmig eingebbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Anschlüsse (38, 40) für die Sensoren eine positive oder negative Spannung anlegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik in Abhängigkeit der Steuer­ signale an die Eingangsanschlüsse der Sensorkette abwechselnd eine Spannung mit positivem oder negati­ vem Potential anlegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Spannungsversor­ gungsanschlusses (18′) ein Koppeltransformator (20) vorgesehen ist, dessen Sekundärwicklung getrennt ausgebildet ist, wobei ein Anschluß (40) der Sensor­ kette (12) zwischen die beiden Wicklungen der Sekun­ därseite geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter (28) vorgesehen ist, dessen positiver bzw. negativer Ausgang in Ab­ hängigkeit der Steuersignale auf den einen (38) oder anderen (40) der Anschlüsse an der Sensorkette (12) anlegbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Steuersignale in die Sensorelektronik (10) über Optokoppler (24, 26) erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Steuersignale und Opto­ koppler (24, 26) Feldeffekttransistoren (34, 36) der­ art ansteuerbar sind, daß die Anschlüsse (38, 40) an der Sensorkette (12) mit positivem bzw. negativem Spannungspotential beaufschlagt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren über die Optokoppler abwechselnd ein- und ausschaltbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Feldeffekttransistoren über die Optokoppler sperrbar sind.