DE3624604C2 - Kurzschluß-Überwachungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurzschluß-Überwachungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Kurzschluß-Überwachungsanlage ist aus der EP 0 101 172 A1 bekannt.

In einer herkömmlichen Überwachungsanlage, z. B. in einem Feueralarmsystem, sind mehrere Feuerdetektoren einzelnen zu überwachenden Bereichen zugeordnet. Die Detektoren sind an eine Signalleitung angeschlossen, die von einer Zentrale kommt, so daß die Zentrale, die mit einer Recheneinrichtung ausgestattet ist, einen Feuerausbruch auf der Grundlage von Daten erkennen kann, die von den einzelnen Feuerdetektoren über die Signalleitung geliefert werden.

Bei der herkömmlichen Überwachungsanlage dieser Art gelangen sämtliche Detektoren im Falle eines Kurzschlusses in der Signalleitung in einen Zustand, in dem sie die Datenwerte nicht an die Zentrale übertragen können. Mit anderen Worten: Die Zentrale kann die Detektordaten von keinem der Feuerdetektoren, die an die Signalleitung angeschlossen sind, empfangen, und außerdem wird die Signalleitung bei Feststellung eines Kurzschlusses abgetrennt, um einen Kurzschlußstrom zu verhindern.

Bei einer weiteren, aus der EP 0 101 117 A1 bekannten Überwachungsan­ lage auf Kurzschlüsse weisen die in einer geschlossenen Schleife ange­ ordneten Trennvorrichtungen elek­ tronische Schalter auf, die mit einem hochohmigen und einem niederohmigen Impedanzpfad versehen sind, um die übrigen Schleifenelemente, wie z. B. Feuermelder, mit Strom zu versorgen bzw. von der Versorgungsspannung zu trennen. Und zwar trennen die elek­ tronischen Schalter die Schleifen­ elemente von der Versorgungsspannung, wenn Fühler einen Kurzschluß detek­ tieren. Die bekannte Kurzschluß-Über­ wachungsanlage ist indessen nicht in der Lage, einen bei geöffneten Trenn­ vorrichtungen auftretenden Kurzschluß zu detektieren, wodurch die Zuver­ lässigkeit der bekannten Kurzschluß- Überwachungsanlage eingeschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kurzschluß-Überwachungs­ anlage zu schaffen, welche die Über­ wachung zuverlässig und sicher, selbst bei Auftreten eines Kurzschlusses bei geöffneten Trennvorrichtungen, durch­ führen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsge­ mäßen Kurzschluß-Überwachungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsanlage,

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines ersten Beispiels für den in Fig. 1 gezeigten Schaltermechanismus,

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines zweiten Beispiels eines Schaltmechanismus,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines dritten Beispiels des Schaltmechanismus,

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Überwachungsanlage, in der der Schaltmechanismus nach Fig. 4 verwendet wird,

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines weiteren Schaltmechanismus für die Anlage nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines weiteren Beispiels für den Schaltmechanismus, und

Fig. 8 ein Blockdiagramm eines weiteren Schaltmechanismus, in welchem die Funktionen der Beispiele nach den Fig. 2, 3 und 4 enthalten sind.

Zunächst soll die in Fig. 1 skizzierte Anlage näher erläutert werden.

Von einer Zentrale 1 führen die Signalleitungen L1 und L2 ab. Die Signalleitungen führen zu mehreren zu überwachenden Bereichen, und sie sind in Form einer Schleife zu der Zentrale 1 zurückgeführt.

Für die zu überwachenden Bereiche sind Überwachungseinrichtungen vorgesehen, von denen jede parallel an die Signalleitungen L1 und L2 angeschlossen ist. Eine Überwachungseinrichtung 3 ist an die als Schleife angelegten Signalleitungen L1 und L2 über eine Schaltvorrichtung 2a angeschlossen. Die Überwachungseinrichtung 3 besteht aus einer Verbindung 3a und mehre­ ren Detektoren 3b mit deren Hilfe z. B. ein Feuer, ein Gas-Leck oder dergl. festgestellt werden kann, und die an die Verbindung 3a angeschlossen sind.

Ein Analogdetektor 4 dient als weitere Überwachungseinrichtung zum Feststellen eines Notfalls. Der Analogdetektor ist parallel an die als Schleife angelegten Signalleitungen L1 und L2 angeschlossen, und zwar an einer Stelle zwischen einer Schaltvorrichtung 2b und einer Schaltvorrichtung 2c.

Weitere Überwachungseinrichtungen 3 sind über Schaltvorrichtungen 2d und 2f an solchen Stellen an die Signalleitungen L1 und L2 angeschlossen, die sich zwischen der Schalteinrichtung 2c und einer Schaltvorrichtung 2e bzw. zwischen der Schaltvorrichtung 2e und der Zentrale befinden.

Die einzelnen Verbindungen 3a der jeweiligen Überwachungseinrichtungen 3 und des Analogdetektors 4 sind speziell so ausgebildet, daß ihnen jeweils eine Adresse zugeordnet ist. Die Zentrale 1 gibt Aufrufimpulse ab, die von der Verbindung gezählt werden. Wenn der gezählte Wert mit der zugeordneten Adresse übereinstimmt, werden angesammelte Detektorsignale an die Zentrale gegeben.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die Schaltvorrichtungen 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f an solchen Stellen angeordnet sind, die die Überwachungseinrichtungen voneinander trennen.

Jede Schaltvorrichtung 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f enthält einen Schaltabschnitt, der normalerweise geschlossen ist und geöffnet wird, wenn ein Kurzschluß erfaßt wird. Bei einem Kurzschluß trennt der Schaltabschnitt die benachbarte Überwachungseinrichtung von den als Schleife angelegten Signalleitungen L1 und L2, wenn ein Kurzschluß in den Signalleitungen L1 und L2 festgestellt worden ist.

Die Zentrale 1 ist wie folgt aufgebaut:
Ein Empfangs/Verarbeitungsteil 1a sendet Aufrufimpulse, indem er die Impulse einer vorbestimmten Spannung EO überlagert, nachdem er von einer Steuerung 1b einen entsprechenden Befehl erhalten hat. Außerdem empfängt der Empfangs/Verarbeitungsteil Überwachungsdaten von den Überwachungseinrichtungen. Die Steuerung 1b stellt spezielle Zustände fest, z. B. einen Feuerausbruch, ein Gas-Leck, einen Kurzschluß und dergl. Dies geschieht auf der Grundlage der über den Empfangs/Verarbeitungs-Teil 1a empfangenen Daten. Wenn die Steuerung einen Kurzschluß oder eine Unterbrechung feststellt, steuert sie einen weiteren Empfangs/ Verarbeitungs-Teil 1c an, der unabhängig von dem Teil 1a vorgesehen ist. Der Empfangs/Verarbeitungs-Teil 1c ist normalerweise im Aus-Zustand, und er leitet eine Empfangs/ Verarbeitungs-Operation entsprechend auf einen Befehl von der Steuerung 1b ein, wenn diese einen Kurzschluß oder eine Unterbrechung festgestellt hat. Dazu wird ansprechend auf den der Steuerung 1b kommenden Befehl der vorbestimmten Spannung ein Aufrufimpuls überlagert, welcher auf die Signalleitungen L1 und L2 gegeben wird und zwar von deren entgegengesetzten Enden aus, um die Überwachungsdaten von den Überwachungseinrichtungen 3 zu empfangen.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines speziellen Beispiels für die Schaltvorrichtungen 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f.

Zunächst soll der Aufbau der Schaltvorrichtung erläutert werden. Anschlüsse 9 und 10 der Schaltvorrichtung 2a oder 2b ... sind an eine Versorgungsspannungsquelle der Zentrale 1 über die Signal/Versorgungs-Lei­ tungen L1 bzw. L2 angeschlossen. Die Anschlüsse 11 und 12 der Schaltvorrichtung sind über die Signalleitungen L1 bzw. L2 an eine Last angeschlossen.

Zwischen den Anschlüssen 9 und 11 der Signalleitung 1 liegt ein Schalter 5, bei dem es sich z. B. um einen Analogschalter in Form eines Feldeffekttransistors (FET) oder dergl. handelt. Die Leitungsspannung an dem eingefügten Schalter 5 wird in einen Kurzschlußdetektor 6 eingegeben.

Der Kurzschlußdetektor 6 erzeugt für eine Schaltsteuerung 7 ein Detektor-Ausgangssignal, wenn mindestens eine der eingegebenen Leitungsspannungen unter einer Schwellenspannung Vth abfällt, die für die Erfassung eines Kurzschlusses in den Leitungen eingestellt ist.

Die Schaltsteuerung 7 erzeugt ein Steuersignal zum Schließen des Schalters 5, wenn von dem Kurzschlußdetektor 6 kein Detektor-Ausgangssignal kommt, und sie erzeugt ein Steuersignal zum Öffnen des Schalters 5, wenn ein Kurzschlußdetektor- Ausgangssignal empfangen wird.

Eine Konstantspannungsschaltung 8 legt eine vorbestimmte Spannung V1 an die an den eingefügten Schalter 5 angeschlossenen Leitungen.

Die Konstantspannungsschaltung 8 wird an die Leitungen angeschlossen, an die der Schalter 5 angeschlossen ist, und die von den Leitungen kommenden Signalleitungen sind über Dioden geschaltet, die einen Rückstrom verhindern. Der Verbindungsknoten der Dioden D1 und D2 ist über einen Widerstand R1 in Reihe an einen Transistor 15 geschaltet, um eine durch Widerstände R2 und R3 gebildete Spannung an die Basis des Transistors 15 zu legen. Der Kollektor des Transistors 15 ist an die an den Schalter 5 angeschlossenen Leitungen über Dioden D3 und D4 angeschlossen, die einen Rückstrom verhindern.

Wenn in der oben beschriebenen Konstantspannungsschaltung 8 die Kollektorspannung des Transistors 15 Vc beträgt, dann beträgt die Basis-Emitter-Spannung Vbe des Transistors 15:

Vbe = {R3/(R2 + R3)} · Vc (1)

Wenn die Durchlaßspannung der Diode D4 den Wert Vf hat, so ist diese Spannung Vf der Diode D4 etwa gleich der Basis- Emitter-Spannung Vbe. Wenn Vf = Vbe, beträgt die Spannung V1, die an den Anschlüssen 11 und 12 auf der Lastseite ansteht:

V1 = Vc - Vf (2)

Wenn die durch die obige Gleichung (1) gegebene Kollektorspannung Vc in die Gleichung (2) eingesetzt wird, erhält man als Spannung V1 an den Anschlüssen 11 und 12 auf der Lastseite:

V1 = Vbe · R2/R3 (3)

Wie aus Gleichung (3) hervorgeht, bestimmt sich die Spannung V1, die von der Konstantspannungsschaltung 8 ausgegeben wird, durch die am Basis-Kreis des Transistors 15 befindlichen Widerstände R2 und R3, da die Basis-Emitter- Spannung Vbe konstant ist (z. B. 0,6 V beträgt). Wenn eine Betriebsspannung eines Mikrocomputers, der auf der Lastseite der von den Anschlüssen 11 und 12 abgehenden Signalleitungen L1 und L2 liegt, den Wert Va hat, wird die durch die Konstantspannungsschaltung 8 an die Leitungen am Schalter 5 angelegte Spannung auf eine vorbestimmte Spannung eingestellt, die größer ist als die zum Erfassen eines Kurzschlusses eingestellte Schwellenspannung Vth, und kleiner als die Betriebsspannung Va an den Anschlüssen, an der keine Last anliegt.

Ein Beispiel:
Wenn die Betriebsspannung Va des auf der Lastseite angeschlossenen Mikrocomputer 5 V beträgt, beträgt die durch die Konstantspannungsschaltung 8 an die Leitungen am Schalter 5 angelegte Spannung V1 zwischen 2 und 3 V. Die Schwellenspannung Vth zum Erfassen eines Kurzschlusses wird daher auf einen Wert von beispielsweise 1 V oder weniger eingestellt.

Wenn also gemäß Gleichung (3) die Spannung Vbe auf 0,6 V eingestellt und der Wert der Widerstände R2 und R3 eingestellt wird auf R2 = 4 × R3, erhält man einen Wert von V1 = 2,4 V, obwohl der Wert der Spannungsquelle Eo beträgt.

Obschon bei der obigen Beschreibung ein Beispiel zugrundegelegt wird, bei dem die Anschlüsse 9 und 10 an die Spannungsquelle und die Anschlüsse 11 und 12 an die Last angeschlossen sind, läßt sich eine ähnlich niedrige Spannung V1 an die Leitungen auf der Lastseite anlegen, wenn die Anschlüsse 11 und 12 an die Spannungsquelle und die Anschlüsse 9 und 10 an die Last angeschlossen sind.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltvorrichtung arbeitet wie folgt:
Wenn die Stromversorgung in der Zentrale eingeschaltet wird, wird zwischen die Anschlüsse 9 und 10 eine vorbestimmte Spannung gelegt. Der Schalter 5 ist offen, so daß die Versorgungsspannung über den Widerstand R in der Konstantspannungsschaltung 8 an den Transistor 15 gelangt. Über die Konstantspannungsschaltung 8 kann weiterhin keine Speisung der an die Signalleitungen L1 und L2 an den Anschlüssen 11 und 12 geschalteten Lasten erfolgen, da sich die Diode D2 auf der Lastseite befindet.

Durch die durch die Widerstände R2 und R3 erzeugte Basis- Vorspannung wird der Transistor 15 durch den durch die Diode D1 und dem Widerstand R1 fließenden elektrischen Strom eingeschaltet. Die Kollektorspannung Vc auf der Lastseite liegt zwischen den Anschlüssen 11 und 12 die Spannung V1, die durch die Gleichung (3) bestimmt wird.

Die Diode D3 ist im Sperrzustand, da die Kollektorspannung Vc einen kleinen Wert hat.

Die von der Konstantspannungsschaltung 8 gelieferte Spannung V1, die einen relativ kleinen Wert besitzt, wird zwischen die Signalleitungen L1 und L2 gelegt, wenn die Spannungsquelle gerade eingeschaltet wurde. Selbst wenn die Spannung V1 als Versorgungsspannung an irgendeinen Anschluß einer lastseitigen Einrichtung, z. B. eines Sensors oder einer Verbindungseinrichtung, angelegt wird, und der Sensor bzw. die Verbindungseinrichtung einen Mikrocomputer enthält, ist die Spannung V1 niedriger als die Spannung Va des Mikrocomputers, bei welcher der Mikrocomputer arbeitet. Deshalb wird der Mikrocomputer nicht aktiviert. Ein unbeabsichtigter Anlauf des Mikrocomputers durch eine Wackelkontakt-Versorgungsspannung und ein zufälliger Betrieb des Mikrocomputers werden vermieden.

Wenn dann von der Konstantspannungsschaltung 8 die Spannung Ve an die Lastseite gelegt wird, wird die Spannung Ve auch an den Kurzschlußdetektor 6 als Leitungsspannung auf der Lastseite gelegt. Da die Spannung V1 größer ist als die in dem Kurzschlußdetektor 6 eingestellte Schwellenspannung Vth, ermittelt die Schaltung 6 keinen Kurzschlußzustand. Deshalb schließt die Schaltersteuerung 7 den Schalter 5 kurze Zeit nach der Ausgabe der Spannung V1 durch die Konstantspannungsschaltung 8. Auf diese Weise gelangt die Nenn-Versorgungsspannung auf die Lastseite.

Wenn zwischen den Leitungen L1 und L2, die an den Anschlüssen 11 bzw. 12 anliegen ein Kurzschluß existiert, sinkt die Spannung zwischen den Anschlüssen 11 und 12 auf 0 Volt ab, und die Leitungsspannung am Kurzschlußdetektor ist niedriger als die Schwellenspannung Vth.

Demzufolge gibt die Schaltung 6 ein Detektor-Ausgangssignal an die Schaltsteuerung 7, damit diese den Schalter 5 öffnet und die lastseitigen Leitungen in demjenigen Abschnitt von der Versorgungsspannungsquelle abtrennt, in welchem der Kurzschluß stattgefunden hat.

Weil an die Leitungen auf der Lastseite kurz nach dem Einschalten der Versorgungsspannung eine vorbestimmte niedrige Spannung angelegt wird, welche niedriger ist als der Aktivierungspunkt der angeschlossenen Lasten auf der Lastseite, wird ein Fehllauf eines in der angeschlossenen Einrichtung enthaltenen Mikrocomputers zuverlässig verhindert.

Ungeachtet der Anzahl der angeschlossenen Lasten läßt sich erreichen, die von der Spannungsquelle gelieferte Versorgungsspannung auf der Lastseite direkt nach dem Einschalten der Versorgungsspannung auf einen konstanten Wert zu halten.

Außerdem tritt der Einschalt-Zustand zuverlässig als Ergebnis einer Beseitigung einer Kurzschlußerfassung durch den Kurzschlußdetektor ein, die dadurch verursacht wird, daß auf das Einschalten der Versorgungsspannung hin eine niedrige Spannung geliefert wird. Es wird sichergestellt, daß der in der angeschlossenen Einrichtung enthaltene Mikrocomputer normal startet, indem eine Anfangs-Rücksetzung erfolgt.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines zweiten Beispiels für den Schaltmechanismus. Einige Teile, die bereits bei dem obigen Beispiel nach Fig. 1 erfordert wurden, tragen das gleiche Bezugszeichen und werden hier nicht näher erläutert.

Auch die in Fig. 3 gezeigte Schaltvorrichtung besitzt wie das oben beschriebene Beispiel den Schalter 5. Der Widerstand R liegt parallel zu dem Schalter 5. Der Widerstand R hat einen Wert von einigen K-Ohm, um einen großen Kurzschlußstrom in der Zentrale zu verhindern, der möglicherweise verursacht wird durch einen Kurzschluß in den Signalleitungen auf der Lastseite.

Die beiden Signalleitungsabschnitte, in die der Schalter 5 eingefügt ist, sind an jeweils den Minus-Eingang eines Vergleichers 16a bzw. 16b angeschlossen. Diese Vergleicher 16a und 16b dienen als erste Detektoreinrichtung für einen Kurzschluß. An jedem Plus-Eingang der Vergleicher 16a und 16b ist mit Hilfe von Bezugsspannungsquellen 17a bzw. 17e eine erste Schwellenspannung Vr1 eingestellt.

Die Schwellenspannung Vr1 ist kleiner gewählt als die Leitungsspannung V1, also die Leitungsspannung, die dann anliegt, wenn von der Spannungsquelle über den Widerstand R die Versorgungsspannung an die Lastseite angelegt wird. Die Quellenspannung Vp, die über den Widerstand R an die lastseitige Signalleitung gelegt wird, wenn der Schalter 5 offen ist, wird definiert durch eine kombinierte Impedanz der angeschlossenen Einrichtungen, z. B. der angeschlossenen Sensoren und Verbindungseinrichtungen, die paralell an die lastseitigen Signalleitungen an den Anschlüssen 11 und 12 angeschlossen sind.

Diese Spannung Vp beträgt normalerweise 2 bis 3 Volt. Folglich wird die Schwellenspannung Vr1 auf Vr1 = 1,0 V eingestellt, was kleiner ist als die Spannungen auf beiden Seiten des Schalters 5, die über Dioden D1 und D2 an den Minus-Eingang eines Vergleichers 18 angelegt werden. Der Vergleicher 18 bildet eine zweite Kurzschluß-Detektoreinrichtung.

Am Plus-Eingang des Vergleichers 18 wird die zweite Schwellenspannung Vr2 mit Hilfe einer Spannungsquelle 19 angelegt. Die zweite Schwellenspannung Vr2 wird größer gewählt als die Quellenspannung Vp, die über den Widerstand R angelegt wird, wenn der Schalter 5 offen ist. Die Schwellenspannung Vr2 hat einen größeren Spannungswert als die Spannung Vs. Die Spannung Vs liegt zwischen den lastseitigen Anschlüssen 11 und 12, wenn ein Kurzschluß vorhanden ist und der Schalter 5 geschlossen ist. Sie wird definiert durch einen durch den lastseitigen Leitungswiderstand r fließenden Kurzschlußstrom i_s. Die zweite Schwellenspannung Vr2 ist kleiner als die Quellenspannung Vc, die von der Zentrale 1 an die Anschlüsse 9 und 10 gelegt wird.

Die lastseitige Leitungsspannung Vp, die über den Widerstand R bei geöffnetem Schalter 5 angelegt wird, beträgt 2 bis 3 Volt. Die Spannung Vs bei geschlossenem Schalter 5 beträgt 4 bis 10 Volt. In diesem als Beispiel angenommenen Fall beträgt die Schwellspannung Vr2 11 V.

Die Ausgangssignale der Vergleicher 16a, 16b und 18 werden an ein ODER-Glied gelegt. Die Schaltsteuerung 7 steuert das Öffnen und Schließen des Schalters 5.

Die Schaltsteuerung 7 steuert den Schalter 5 so, daß dieser geschlossen ist, wenn kein Signal hohen Pegels von irgendeinem der Vergleicher 16a, 16bl und 18 ausgegeben wird. Die Schaltsteuerung 7 bringt den Schalter 5 in den ausgeschalteten (offenen) Zustand, wenn irgendeiner der Vergleicher 16a, 16b oder 18 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel abgibt.

Im Folgenden wird die Arbeitsweise des in Fig. 3 dargestellten Beispiels für eine Schaltvorrichtung erläutert.

Wenn zwischen den lastseitigen Leitungen an den Anschlüssen 11 und 12 kein Kurzschluß vorliegt und zwischen die Anschlüsse 9 und 10 die Versorgungsspannung Vc von Seiten der Zentrale her angelegt wird, ist der Schalter 5 geöffnet, und eine Spannung von 2 bis 3 Volt, die definiert wird durch die Paralellimpedanz der paralell an die Leitungen angeschlossenen Einrichtungen und den Widerstand R, wird angelegt. Deshalb gibt der Vergleicher 16a ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel ab, weil die Leitungsspannung, die in den Vergleicher 16a eingegeben wird, die Versorgungsspannung Vc ist. Auch der Ausgang des Vergleichers 16b gibt ein Signal mit niedrigem Pegel ab, da die eingegebene Leitungsspannung für den Vergleicher 16b 2 bis 3 Volt beträgt. Die Leitungsspannung auf der Quellenseite, die über die Diode D1 an den Vergleicher 18 gelegt wird, beträgt Vc als Quellenspannung, und die über die Diode D2 an den Vergleicher 18 gegebene Leitungsspannung beträgt Vp, bei der es sich um die lastseitige Leitungsspannung von 2 bis 3 Volt handelt. Die Diode D1 wird in Durchlaßrichtung gespannt und geöffnet. Die Diode D2 wird in Sperrichtung vorgespannt und wird im gesperrten Zustand gehalten. An den Vergleicher 18 wird nur die quellenseitige Leitungsspannung Vc gegeben, die die Schwellenspannung Vr2 übersteigt, die durch die Spannungsquelle 19 eingestellt ist, so daß der Vergleicher ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel erzeugt. Das ODER-Glied gibt einen niedrigen Pegel ab, weil sämtliche Eingangssignale des ODER-Glieds von den Verglei­ chern 16a, 16b und 18 einen niedrigen Pegel haben. Folglich ändert die Schaltsteuerung 7 den Zustand des Schalters 5 eine bestimmte Zeitverzögerung nach dem Einschalten der Spannungsversorgung in den geschlossenen oder eingeschalteten Zustand.

Auf der Lastseite kann zum einen am Punkt A ein Kurzschluß auftreten, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet ist, und zwischen die quellenseitigen Anschlüsse 9 und 10 die Quellenspannung Vc angelegt wird, die bei geöffnetem Schalter 5 über den Leitungswiderstand R geführt wird. Die zwischen die lastseitigen Anschlüsse 11 und 12 angelegte Spannung ist dann eine geteilte Spannung der Quellenspannung Vc, und zwar geteilt durch den einen hohen Wert von einigen zehn K-Ohm aufweisenden Leitungswiderstand R, während der Leitungswiderstand r einen kleinen Wert von einigen Ohm bis zu einigen zehn Ohm aufweist. Dann fließt ein Kurzschlußstrom in den Leitungen mit dem Widerstand r. Als Folge eines solchen Kurzschlußstroms verringert sich die Spannung zwischen den Anschlüssen 11 und 12 auf eine sehr kleine Spannung von fast 0 Volt. Diese lastseitige Spannung wird dem Vergleicher 16b zugeführt. Der Vergleicher 16b erfaßt den Kurzschluß durch Vergleichen der Eingangsspannung mit der ersten Schwellenspannung Vr1, und ergibt ein Signal mit hohem Pegel über das ODER-Glied 20 an die Schaltsteuerung 7, die veranlaßt, daß der Schalter ausgeschaltet bleibt. Zum anderen kann auf der Lastseite am Punkt A ein Kurzschluß auftreten, wenn die Quellenspannung Vc im Normalfall über den geschlossenen Schalter 5 geführt wird. Es fließt dann ein Kurzschlußstrom i_s bei einer Kurzschlußspannung Vs, die definiert wird durch den Leitungswiderstand r in der Leitung vom Anschluß 11 zum Punkt A. Die Spannung zwischen den quellenseitigen Anschlüssen 9 und 10 wird auf einen Wert abgesenkt, der definiert wird als Spannung Vs, zuzüglich des Spannungsabfalls am Innenwiderstand des Schalters 5. Mithin ist die quellenseitige Leitungsspannung höher als die lastseitige Leitungsspannung und zwar um den Spannungsabfall am Innenwiderstand des Schalters 5. Deshalb wird die Diode D1 in Durchlaßrichtung vorgespannt, während die Diode D2 in Sperrrichtung vorgespannt wird und weiterhin sperrt. Die Leitungsspannung wird dem Vergleicher 18 zugeführt. Der Vergleicher gibt ein Ausgangssignal mit hohem Pegel ab, indem er die Eingangsspannung mit dem zweiten Schwellenwert Vr2 vergleicht, der durch die Spannungsquelle 19 eingestellt ist. Das Ausgangssignal mit hohem Pegel wird über das ODER-Glied an die Schaltsteuerung 7 gegeben, die den Zustand des Schalters von "ein" auf "aus" ändert, um den Bereich der einen Kurzschluß aufweisenden lastseitigen Leitung von der quellenseitigen Leitung zu trennen.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem die Anschlüsse 9 und 10 an die Versorgungsspannung und die Anschlüsse 11 und 12 an die Last angeschlossen sind. Es ist aber auch eine umgekehrte Anschlußverbindung wie bei den vorhergehenden Beispielen möglich, um einen Kurzschluß zu erfassen.

Wenn der Kurzschluß auftritt, wenn die in die Leitung eingefügte Schaltvorrichtung geschlossen ist, und selbst dann, wenn die große Leitungsspannung, die größer ist als die erste Schwellenspannung, von dem lastseitigen Leitungswiderstand abhängt, ist die lastseitige Leitungsspannung im Kurzschlußzustand kleiner als die zweite Schwellenspannung Vr2. Deshalb läßt sich die Feststellung eines Kurzschlusses sicher durchführen, und die den Kurzschluß aufweisende belastete Leitung wird von der Leitung auf der Quellenseite getrennt, unabhängig davon, ob es sich um den Leitungswiderstand auf der belasteten Seite handelt oder nicht. Das heißt: Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Schwellenspannungen eingestellt werden zum Vergleichen der Leitungsspannungen, wenn der Kurzschluß im geschlossenen und im geöffneten Zustand des Schalters 5 auftritt. Die Vergleicher 16a und 16b überwachen die Leitungsspannung, um den Kurzschluß festzustellen, wenn der Schalter 5 geöffnet ist, und außerdem überwacht der Vergleicher 18 die Leitungsspannung, um den Kurzschluß festzustellen.

Fig. 4 zeigt ein drittes Beispiel für die Schaltvorrichtung. In diesem Beispiel ist der Schalter 5 von einem Widerstand R überbrückt, der einen hohen Widerstandswert von mehreren zehn K-Ohm aufweist. Bei der Beschreibung dieses Beispiels werden die Teile fortgelassen, die bereits oben näher erläutert wurden.

Bei diesem Beispiel ist ein Monoflop (ein mono-stabiler Multivibrator) 26 vorgesehen, der durch das Detektor- Ausgangssignal des Kurzschlußdetektors 6 getriggert werden kann, um ein Sperrsignal abzugeben, mit dessen Hilfe eine Zustandsänderung des Schalters 5 von der Schaltsteuerung 7 in den geschlossenen Zustand verhindert wird. Diese Sperrzeit wird so eingestellt, daß eine sichere Anfangseinstellung der CPU möglich ist, welche in der angeschlossenen Einrichtung enthalten ist, nachdem die Versorgungsspannung kurze Zeit nach dem Ausschalten aufgrund eines Kurzschlusses eingestellt worden ist.

Die Sperreinrichtung muß nicht in Form eines Monoflops 26 ausgebildet sein. Es kann auch eine Schaltung vorgesehen sein, die eine ähnliche Funktion wie das Monoflop 26 hat.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Schaltvorrichtung, die im wesentlichen die gleiche Funktion hat, wie das Beispiel nach Fig. 3. Der Vergleicher 18 als zweiter Kurzschlußdetektor ist hier fortgelassen, und die Vergleicher 16a und 16b dienen als Kurzschlußdetektor. Hier ist eine variable Bezugs-Schwellenspannungs-Schaltung 30 verwendet, die die Bezugsspannungsquellen 17a und 17b des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels ersetzt und zum Ändern der Bezugs-Schwellenspannung dient, wenn das Einschalt- oder das Ausschalt-Signal der Schaltsteuerung 7 eingegeben wird. Die Dioden D1 und D2 können fortgelassen werden.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Schaltvorrichtung, deren Funktion eine Kombination der Funktionen des ersten, des zweiten und des dritten Beispiels darstellt.

Bei diesem Beispiel wird als Kurzschlußdetektor die in Fig. 3 dargestellte Anordnung verwendet. Eine Konstantspannungsschaltung gemäß Fig. 2 ist mit dem Kurzschlußdetektor kombiniert. Außerdem ist das Monoflop 26 als Sperreinrichtung zwischen dem ODER-Glied 20 und der Schaltsteuerung 7 vorgesehen. Deshalb hat dieses Beispiel die kombinierte Funktion aus den Funktionen sämtlicher oben beschriebener Ausführungsbeispiele der Schaltvorrichtung. Selbstverständlich kann das Beispiel nach Fig. 7 als Kurzschlußdetektor verwendet werden.

Im Folgenden soll Fig. 5 beschrieben werden, die das die Schaltvorrichtung verwendende System veranschaulicht. Bei der in Fig. 5 gezeigten Anlage sind die Schaltvorrichtungen 2a und 2b nach Fig. 4 in der Nähe der Zentrale 1 innerhalb der geschlossenen Leitungen angeordnet. Die anderen Schaltvorrichtungen sind entfernt von der Zentrale 1 angeordnet. Der andere Typ von Schaltvorrichtungen 24 ist in Fig. 6 gezeigt. Die Schaltvorrichtung 24 enthält den Schalter 5, den Kurz­ schlußdetektor 6, die Schaltsteuerung 7 und den Widerstand R, so daß der Schalter 5 einen Quellenspannungs- Nebenschluß aufweist, der zu der Leitung, die lastseitig bezüglich des Schalters 5 angeordnet ist und außerdem zu der Verbindungseinrichtung 3 führt, wenn die Spannungsquelle eingeschaltet wird.

Wenn allerdings die Schaltvorrichtung 24 nach Fig. 6 für sämtliche Schaltvorrichtungen eingesetzt wird, kann die Leitungsspannung des Bereichs, in welchem der Kurzschluß nicht stattfindet, auch bis zu 0 Volt betragen, wenn der Kurzschluß an dem Punkt A auftritt. Deshalb könnte in der in dem angeschlossenen Sensor oder der angeschlossenen Einrichtung enthaltenen CPU ein Fehllauf auftreten, verursacht durch einen momentanen Spannungsausfall, der kurz nach der Trennung des Kurzschlußbereichs durch die Schaltvorrichtung 24 auftritt.

Die Anlage arbeitet wie folgt:
Wenn die Zentrale 1 an die Versorgungsspannung angeschlossen wird, wird über den Widerstand R die Quellenspannung an die lastseitige Leitung gelegt, da der Schalter 5 geöffnet ist. Die lastseitige Spannung wird definiert durch eine durch die kombinierte Impedanz des Widerstands R geteilte Spannung. Der Widerstandswert des Widerstands R sollte niedriger eingestellt werden als der Anfangs-Rücksetzpegel der in der Einrichtung 23 enthaltenen CPU.

Die Leitungsspannung, die über den Widerstand R auf die Lastseite gelegt wird, ist also größer als die in dem Kurzschlußdetektor eingestellte Schwellenspannung Vth. Jetzt erfaßt die Kurzschlußschaltung ein Signal, und die Schaltsteuerung 7 kann den Zustand des Schalters 5 durch Schließen des Schalters 5 nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung im Anschluß an die Netzeinschaltung ändern.

Über den Schalter 5 der in der Nähe der Zentrale 1 gelegenen Schaltvorrichtungen 2a und 2b wird die Quellenspannung von der Zentrale 1 an die Lastseite gelegt und außerdem wird im Bereich C die Quellenspannung über die Schaltvorrichtung 24 mit dem Widerstand R an die lastseitigen Leitungen gelegt. Diese lastseitige Leitungsspannung liegt unterhalb des Rücksetzpegels, der durch die kombinierte Impedanz der Anschlüsse der in der angeschlossenen Einrichtung enthaltenen CPU enthalten ist, und sie übersteigt außerdem die in der Detektorschaltung 6 eingestellte Schwellenspannung, so daß der Schalter in den geschlossenen Zustand gelangt. Hierdurch gelangt die Quellenspannung an sämtliche Bereiche B, C und D.

Wenn z. B. an der Stelle A im Bereich C ein Kurzschluß auftritt, wird nicht nur die Leitungsspannung im Bereich C, sondern auch im Bereich B und D auf 0 Volt abgesenkt. Dadurch kann der Kurzschlußdetektor 6 in jeder Schaltvorrichtung 2a, 2b, 24a und 24b den Kurzschluß feststellen und das Detektorsignal abgeben. Die Schaltsteuerung 7 ändert den Zustand des Schalters, so daß dieser geöffnet wird.

Jetzt wird in den Schaltvorrichtungen 2a, 2b das Monoflop 26 durch das vom Kurzschlußdetektor 6 erzeugte Detektorsignal getriggert, um das Sperrsignal an die Schaltsteuerung zu geben. Der Schalter 5 der Schaltvorrichtung 24 wird ausgeschaltet, und der kurzgeschlossene Bereich 6 wird dadurch von den im Normalbetrieb arbeitenden Zonen B und D abgetrennt, an welche die Quellenspannung (die niedriger als der Rücksetzpegel der CPU ist) gelangt, welche definiert wird durch die Widerstände R der Schaltvorrichtungen 2a und 2b, sowie die kombinierte Impedanz der angeschlossenen Ein­ richtungen 3. Aufgrund der Spannungszufuhr verschwindet das Detektorsignal des Kurzschlußdetektors; das Sperrsignal des Monoflops 26 wird jedoch weiter an die Schaltsteuerung 7 gelegt, um eine Änderung des Schalterzustands innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne zu verhindern. Die Schaltung 7 behält diesen Aus-Zustand des Schalters 5 selbst dann bei, wenn der Kurzschlußdetektor 6 kein Detektorsignal ausgibt. Wenn nach einer vorbestimmten Zeitspanne das Ausgangssignal des Monoflops 26 des Kurzschlußdetektors verschwindet, ändert die Schaltsteuerung den Zustand des Schalters 5, indem sie den Schalter schließt.

Es gibt also während einer bestimmten Weile keine normale Quellenspannungs-Zufuhr zu den angeschlossenen Einrichtungen 23, die parallel innerhalb der Bereiche B und D angeschlossen sind. Deshalb sinkt die Spannung der in der Einrichtung 23 enthaltenen CPU auf die durch den Widerstand R und die kombinierte Impedanz der angeschlossenen Einrichtungen, die parallel an den Leitungen innerhalb der Bereiche B und D liegen, geteilte Spannung ab. Die über den Widerstand R auf die Lastseite geführte Quellenspannung liegt unterhalb des Betriebspunktes für die CPU innerhalb der Einrichtung 23, etwa bei 2 bis 3 Volt.

Wenn also am Anstiegspunkt der Quellenspannung der Schalter 5 nach dem Verschwinden des Ausgangssignals des Monoflops 26 geöffnet wird, wird die CPU initialisiert, was dem Vorgang der Anfangs-Rücksetzung gleicht, die verursacht wird durch die Netzeinschaltung der Zentrale 1. Mit Hilfe der Initialisierung kann der Betrieb der CPU wie unter der Normalbedingung gestartet werden, wobei die Wiederherstellung der Leitungsspannung nach der Feststellung eines Kurzschlusses erfolgt.

In der Anlage nach Fig. 5 können auch andere Typen von Schaltvorrichtungen 2a, 2b verwendet werden, die hier nicht näher beschrieben wurden. Diese Einrichtungen müssen nicht in der Zentrale 1 vorgesehen sein; selbstverständlich können als Schaltvorrichtungen auch durchgehend einheitliche Schaltvorrichtungen 2a, 2b verwendet werden.

Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann auch hier die CPU zuverlässig initialisiert werden. Besonders für solche CPUs, die nicht in einem Kurzschlußbereich liegen, läßt sich bei Fortfall der Quellenspannung aufgrund eines Kurzschlusses ein Fehllauf sicher vermeiden.

Als Schalter 5 in der Schaltsteuerung 7 kann eine Haftrelaisschaltung eingesetzt werden. Diese Haftrelaisschaltung hat die Funktion des oben beschriebenen Schalters 5 und dient zur Stromeinsparung.

Statt der oben beschriebenen schleifenförmigen Signalleitungen können auch solche Signalleitungen verwendet werden, die sich in nur eine Richtung erstrecken und einen Abschlußwiderstand haben.

Claims (8)

1. Kurzschluß-Überwachungsanlage für Signalleitungen (L1, L2), die als geschlossene Schleife ausgebildet sind oder einseitig abgeschlossen sind und mit einem zentralen Signalgeber (1) verbunden sind, mit mehreren Überwachungs­ einrichtungen (3) für zugeordnete Überwachungsstellen an den Signalleitungen (L1, L2), um einen Kurzschlußzustand auf den Signalleitungen (L1, L2) zu erkennen und zu überwachen, wobei Schaltvorrichtungen (2a bis 2f) zum gegenseitigen Trennen der verschiedenen Überwachungseinrichtungen (3) vorgesehen sind und welche bei Anlegen der quellenseitigen Leitungsspannung geschlossen sind, jedoch bei Feststellung eines Kurzschlusses geöffnet werden, um die zugehörige Überwachungseinrichtung (3) von den Signalleitungen (L1, L2) zu trennen, wobei jede Schaltvorrichtung (2a bis 2f) einen Schalter (5) aufweist, welcher durch einen hochohmigen Widerstand (R) überbrückt ist und in eine (L1) der Signalleitungen (L1, L2) eingefügt ist, und wobei der Abschnitt der Signalleitungen (L1, L2) zwischen dem Signalgeber (1) und dem Schalter (5) eine Quellenseite des Schalters (5) und der Abschnitt der Signalleitungen (L1, L2) zwischen dem Schalter (5) und einer Last eine Lastseite des Schalters (5) darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende Kurzschlußdetektoren (16a, 16b; 18) vorgesehen sind, nämlich

• a) ein erster Kurzschlußdetektor (16a, 16b) zum Erfassen eines Kurz­ schlusses zwischen den Signalleitungen (L1, L2) bei geöffnetem Schalter (5) sowie zum Steuern des Schalters (5) über eine Schalter-Steuerungs­ einrichtung (7), wobei der erste Kurzschlußdetektor (16a, 16b) die Leitungsspannung auf der Lastseite des Schalters (5) zwischen den Signalleitungen (L1, L2) mit einer ersten Schwellenspannung (V_r1) ver­ gleicht, welche unterhalb der im Normalbetrieb vorhandenen Leitungs­ spannung (V_p) auf der Lastseite des Schalters (5) liegt, und wobei der erste Kurzschlußdetektor (16a, 16b) die Beibehaltung der Offenstellung des Schalters (5) auslöst, sofern die sich im Kurzschlußfall bei geöffnetem Schalter (5) auf der Lastseite des Schalters (5) einstellende Leitungs­ spannung niedriger ist als die erste Schwellenspannung (V_r1), und
• b) ein zweiter Kurzschlußdetektor (18) zum Erfassen eines Kurzschlusses zwischen den Signalleitungen (L1, L2) bei geschlossenem Schalter (5) sowie zum Steuern des Schalters (5) über die Schalter-Steuerungs­ einrichtung (7), wobei der zweite Kurzschlußdetektor (18) die Leitungs­ spannung auf beiden Seiten des Schalters (5) zwischen den Signal­ leitungen (L1, L2) mit einer zweiten Schwellenspannung (V_r2) vergleicht, welche niedriger ist als die quellenseitige Leitungsspannung (V_c) bei fehlendem Kurzschluß und höher als die erste Schwellenspannung (V_r1) ist, und wobei der zweite Kurzschlußdetektor (18) eine Öffnung des Schalters (5) auslöst, sofern die sich im Kurzschlußfall bei geschlossenem Schalter (5) auf beiden Seiten des Schalters (5) einstellende Leitungsspannung niedriger ist als die zweite Schwellenspannung (V_r2).

2. Überwachungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantspannungsquelle (8) vorgesehen ist, um an den Schalter (5) eine vorbestimmte Spannung (V_l) anzulegen, welche niedriger ist als die Betriebs­ spannung (V_a) einer zwischen den Signalleitungen (L1, L2) liegenden Abschluß­ einrichtung (23) und höher ist als die in dem ersten Kurzschlußdetektor (16a, 16b) eingestellte erste Schwellenspannung (V_r1).

3. Überwachungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsquelle (8) die vorbestimmte, niedrige Spannung (V_l) unabhängig von dem Wert der Leitungsspannung (V_c) auf der Quellenseite des Schalters (5) und einer Lastimpedanz (r) anlegt.

4. Überwachungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Kurzschlußdetektor (16a, 16b) einen ersten Vergleicher (16a) aufweist, dessen invertierender Eingang an die Signalleitung (L1) auf der Quellenseite des Schalters (5) und dessen nicht-invertierender Eingang an eine die erste Schwellenspannung (V_r1) liefernde Spannungsquelle (17) angeschlossen ist, daß der erste Kurzschlußdetektor (16a, 16b) ferner einen zweiten Vergleicher (16a) aufweist, dessen invertierender Eingang an die Signalleitung (L1) auf der Lastseite des Schalters (5) und dessen nicht-invertierender Eingang an die die erste Schwellenspannung (V_r1) liefernde Spannungsquelle (17) angeschlossen ist, und daß der zweite Kurzschlußdetektor (18) einen Vergleicher aufweist, dessen invertierender Eingang über eine Vorrangschaltung (D1, D2) an die Signalleitung (L1) auf der Quellen- und auf der Lastseite des Schalters (5) und dessen nicht- invertierender Eingang an eine die zweite Schwellenspannung (V_r2) liefernde Spannungsquelle (19) angeschlossen ist, wobei die aus zwei kathodenseitig verbundene Dioden (D1, D2) bestehende Vorrangschaltung (D1, D2) die jeweils höhere Spannung auf der Quellen- und Lastseite des Schalters (5) an den invertierenden Eingang des zweiten Kurzschlußdetektors (18) weiterleitet.

5. Überwachungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Schaltvorrichtung (2a bis 2f) ferner eine Einrichtung (26) aufweist, welche eine Zustandsänderung des Schalters (5) durch die Schalter- Steuerungseinrichtung (7) während einer vorbestimmten Zeit verhindert, welche abhängig ist von einer Auslösung durch das Detektorausgangssignal eines der beiden Kurzschlußdetektoren (16a, 16b; 18).

6. Überwachungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern der Zustandsänderung des Schalters (5) ein monostabiler Multivibrator (26) ist.

7. Überwachungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Schaltvorrichtung (2a bis 2f) ferner eine variable Bezugsspannungsschaltung (30) aufweist, um eine (V_r1) der Schwellen­ spannungen (V_r1, V_r2) zu verändern, und daß die Bezugsspannungsschaltung (30) von der Schalter-Steuerungseinrichtung (7) gesteuert wird.

8. Überwachungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Schaltvorrichtung (2a bis 2f) folgende weitere Merkmale aufweist:

• - eine Konstantspannungsquelle (8), um an den Schalter (5) eine vor­ bestimmte Spannung (V_l) anzulegen, welche niedriger ist als die Betriebs­ spannung (V_a) einer Abschlußeinrichtung (23), hingegen höher ist als die erste Schwellenspannung (V_r1), die in dem ersten Kurzschlußdetektor (16a, 16b) eingestellt ist, und
• - eine Einrichtung (26), welche eine Zustandsänderung des Schalters (5) durch die Schalter-Steuerungseinrichtung (7) für eine bestimmte Zeit verhindert, welche abhängig ist von einer Auslösung durch das Detektor­ ausgangssignal der Kurzschlußdetektoren (16a, 16b; 18).