DE4027331C2 - Verfahren und Anordnung zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit Fernspeisung - Google Patents
Verfahren und Anordnung zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit FernspeisungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen und
Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit
Fernspeisung mindestens eines angeschlossenen Geräts sowie
eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
In eigensicheren Stromkreisen, bei welchen die an den Strom
kreis angeschlossenen Geräte fernversorgt werden, unterliegen
ein von einem Versorgungsgerät in den Stromkreis eingespei
ster Strom ebenso wie eine an den Adern des Stromkreises
anliegende Spannung Beschränkungen, die z. B. in der VDE-
Norm 0171 angegeben sind. Zwischen Versorgungsgerät und
eigensicherem Stromkreis sind daher Barrieren üblich, die
verhindern, daß der Kurzschlußstrom oder die Leerlaufspannung
die zulässigen Grenzwerte überschreiten.
Aus der DE-OS 22 61 105 ist eine Einrichtung zur Strombegren
zung und aus der DE-OS 22 63 541 eine Schaltungsanordnung zur
Spannungsbegrenzung in eigensicheren Stromkreisen bekannt.
Zudem muß bei den angeschlossenen Geräten gewährleistet sein,
daß im Falle eines plötzlich auftretenden Kurzschlusses im
eigensicheren Stromkreis keine Rückspeisung in den Stromkreis
erfolgt. Vor allem, wenn ein angeschlossenes Gerät eine kapa
zitive Last am eigensicheren Stromkreis darstellt, sind hier
für Ventildioden zweckmäßig. Aus Sicherheitsgründen werden
immer mindestens zwei Dioden, jeweils eine in der Hin- und
Rückleitung, dem Gerät vorgeschaltet. Im Normalbetrieb be
finden sich die Dioden in Durchlaßrichtung, im Falle eines
Kurzschlusses im eigensicheren Stromkreis verhindern sie je
doch ein Rückfließen eines Stromes von der kapazitiven Last
in die Kurzschlußstelle und damit eine Erhöhung des Kurz
schlußstromes über den zulässigen Grenzwert. Diese Anordnung
der Ventildioden hat jedoch den Nachteil, daß eine fehler
hafte Diode, z. B. ein Diodenkurzschluß, nicht im Normal
betrieb festgestellt werden kann. Zum Testen der Dioden müs
sen daher immer alle Geräte, die an den eigensicheren Strom
kreis angeschlossen sind, abgeschaltet werden. Zudem ist der
Stromkreis mit defekten Dioden nicht mehr eigensicher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu
finden, das die Überprüfung der Dioden auch im Normalbetrieb
erlaubt und selbst mit einer defekten Diode den weiteren Be
trieb des eigensicheren Stromkreises gewährleistet, sowie
eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren der eingangs
genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge
nannten Merkmale auf. Gemäß Anspruch 2 kann eine Kontrolle
aller in der Diodenbrücke vorhandenen Dioden erfolgen, indem
die Speisespannung der Fernspeisung zyklisch umgepolt wird. Der
Fehler, daß die Speisespannung in jeder Polarität einen
Schwellwert unterschreitet, deutet darauf hin, daß im eigen
sicheren Stromkreis oder in einem angeschlossenen Gerät ein
Kurzschluß vorliegt, der dann zur Behebung des Fehlers gemäß
Anspruch 3 gemeldet wird. Wenn dagegen die Speisespannung nur
in einer Polarität einen Schwellwert unterschreitet, liegt
gemäß Anspruch 4 ein Bauelementefehler in der Diodenbrücke vor.
Die neue Anordnung mit den im kennzeichnenden Teil des An
spruchs 5 genannten Merkmalen erlaubt mit einfachen Mitteln
die Durchführung des Verfahrens. Gemäß Anspruch 6 kann die
Erfindung vorteilhaft bei Bussystemen mit mehreren Teilnehmern,
die vom Fernspeisegerät mit Hilfsenergie versorgt werden,
angewendet werden. Es sollten dann in den Teilnehmern Fern
speisefilter vorhanden sein, die das der Speisespannung über
lagerte Signal abtrennen.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch gezielte Umpolung der
Speisespannung alle einfachen Fehler erkannt und die Auswir
kungen fehlerhafter Dioden bis zur Reparatur beseitigt werden
können. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit und andererseits
wird die Wahrscheinlichkeit eines Doppelfehlers, welcher die
Eigensicherheit des Stromkreises beeinträchtigt, z. B. Kurz
schluß in zwei im Betriebsfall in Durchlaßrichtung geschalte
ten Dioden, erheblich vermindert. Fehler der Dioden können
gemeldet, ihre Auswirkungen aber bis zur nächsten Wartung
unterdrückt werden.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung
sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Fernspeisegeräts,
Fig. 2 eine Anordnung im Fehlerfall,
Fig. 3 eine Anordnung im Normalbetrieb und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
Ein Fernspeisegerät 6 ist in Fig. 1 mit Anschlußklemmen P und
N an einen eigensicheren Stromkreis 1 angeschlossen. Es enthält
eine eigensichere Spannungsquelle 7, die im Ausführungsbeispiel
an ihren Ausgängen eine Gleichspannung liefert. Der Ausgang mit
höherem Potential ist mit "+", der Ausgang mit niedrigerem Po
tential mit "-" gekennzeichnet. Das Fernspeisegerät 6 enthält
weiterhin eine Umpoleinrichtung 9, mit der die Polarität der
Gleichspannung an den Klemmen P und N beliebig eingestellt
werden kann. Die Umpolung der Gleichspannung wird gesteuert
von einer Steuer- und Meldevorrichtung 10, die wiederum die
dazu erforderlichen Informationen von einer Meßvorrichtung 8
erhält. Mit dieser wird die Speisespannung, die über die Klem
men P und N an den eigensicheren Stromkreis 1 abgegeben wird,
überwacht. Die Meßvorrichtung 8 ist durch die Steuer- und
Meldevorrichtung 10 auf Überwachung einer negativen oder
positiven Speisespannung einstellbar.
In Fig. 2 ist mit 6 wieder das Fernspeisegerät mit den Klemmen
P und N bezeichnet, wobei die hier nicht dargestellte Umpol
einrichtung 9 zunächst das höhere Spannungspotential auf die
Klemme P und das niedrigere Potential auf die Klemme N legt.
An dem eigensicheren Stromkreis 1 sind zwei Teilnehmer 2 und 3
über vorgeschaltete Diodenbrücken 4 und 5 angeschlossen. Die
Diodenbrücke 4 enthält Dioden A1, B1, C1 und D1, die Dioden
brücke 5 Dioden A2, B2, C2 und D2. Im Ausführungsbeispiel wird
ein Kurzschlußfehler in der Diode D1 angenommen. Da die defekte
Diode D1 ihre Sperrfunktion nicht mehr ausüben kann, fließt ein
Kurzschlußstrom von der Klemme P über die Diode C1 und die ei
gentlich in Sperrichtung geschaltete Diode D1 in die Klemme N.
Dieser Strompfad ist in der Fig. 2 als fette Linie markiert.
Durch den Fehler in der Diode D1 sind die beiden angeschlosse
nen Geräte 2 und 3 spannungslos. Die Meßvorrichtung 8 (Fig. 1)
detektiert einen Einbruch der Speisespannung und meldet ihn an
die Steuer- und Meldevorrichtung 10 weiter, die dann eine Um
polung der Speisespannung veranlaßt. Ein Fehler in den Dioden
B1, B2 und D2 würde zum selben Fehlerbild führen wie der an
genommene Fehler in der Diode D1.
In Fig. 3 ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nach er
folgter Umpolung der Speisespannung dargestellt. Das höhere
Gleichspannungspotential, mit "+" gekennzeichnet, liegt jetzt
an der Klemme N, das niedrigere Gleichspannungspotential, mit
"-" gekennzeichnet, an der Klemme P. In diesem Fall sind Fehler
in den Dioden A1, A2, C1 und C2 detektierbar. Wiederum ist der
stromführende Pfad als fette Linie markiert. Der Speisestrom
fließt jetzt aus der Klemme N über die in Durchlaßrichtung
betriebene Diode D1 zum Gerät 2, von dort über die Diode B1 in
die Klemme P. Für das zweite Gerät 3 gilt Entsprechendes. Das
Verhalten ist also analog zum Normalbetrieb. Der Kurzschluß
fehler in der Diode D1 hat nun keine Auswirkungen mehr auf die
Versorgungsspannung an den Geräten 2 und 3. Die korrekt an
liegende Versorgungsspannung ist in Fig. 3 durch ein "+" und
ein "-" an den Zuleitungen der Geräte 2 und 3 gekennzeichnet.
Der Betrieb des eigensicheren Stromkreises 1 kann somit bis
zur nächsten Wartung, bei der die Diode D1 ausgewechselt wird,
aufrechterhalten werden.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm eines Ablaufs, der von der Steuer-
und Meldevorrichtung 10 gesteuert werden kann. Nach Einschalten
des Fernspeisegeräts 6 beginnt das Verfahren bei PON. Dabei
legt die Umpoleinrichtung 9 das höhere Gleichspannungspotential
an die Klemme P und das niedrigere Gleichspannungspotential an
die Klemme N. Dieser Zustand entspricht dem Normalbetrieb und
wird so lange beibehalten, wie sich der eigensichere Strom
kreis 1 nicht in einer Testphase T befindet und auch kein Kurz
schluß K vorliegt. Im Falle eines von der Meßeinrichtung 8
(Fig. 1) festgestellten Kurzschlusses K wird die Polarität
der Speisespannung invertiert. Wird dann immer noch ein Kurz
schluß K detektiert, so kann davon ausgegangen werden, daß er
durch einen Kabel- oder Verkabelungsfehler KF verursacht wird.
In diesem Fall ist der eigensichere Stromkreis 1 nicht mehr
betriebsfähig. Wird nach der Polaritätsumschaltung hingegen
kein Kurzschluß K festgestellt, so wird ein Diodenfehler DF in
einer Diodenbrücke angezeigt. Der eigensichere Stromkreis 1
ist bis zur Fehlerbehebung in diesem Zustand weiterhin be
triebsfähig. In angemessenen Zeitabständen werden Testphasen T
im Normalbetrieb eingefügt. Während dieser Testphase T wird
ebenfalls die Polarität der Speisespannung invertiert. Der
Normalbetrieb wird ohne Fehlermeldung wieder aufgenommen, wenn
nach der Invertierung kein Kurzschluß K detektiert wird. Auch
im Falle eines Kurzschlusses K erfolgt diese Rückkehr zum
Normalbetrieb, es wird jedoch vorher Diodenfehler DF angezeigt.
Claims (6)
1. Verfahren zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in
eigensicheren Stromkreisen (1) mit Fernspeisung mindestens
eines angeschlossenen Geräts (2, 3),
dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß die Fernspeisung der angeschlossenen Geräte (2, 3) über jeweils eine vorgeschaltete Diodenbrücke (4, 5) er folgt,
- 2. daß die Speisespannung der Fernspeisung überwacht wird und
- 3. daß die Speisespannung der Fernspeisung spätestens dann umgepolt wird, wenn sie einen Schwellwert unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet,
- 1. daß die Speisespannung der Fernspeisung zyklisch umgepolt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet,
- 1. daß ein erstes einen Kurzschluß (KF) im eigensicheren Strom kreis (1) oder in einem angeschlossenen Gerät (2, 3) anzei gendes Meldesignal abgegeben wird, wenn die Speisespannung in jeder Polarität einen Schwellwert unterschreitet.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet,
- 1. daß ein zweites einen Bauelementefehler (DF) der Diodenbrücke anzeigendes Meldesignal abgegeben wird, wenn die Speisespan nung nur in einer Polarität einen Schwellwert unterschreitet.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche
- 1. mit einem eine eigensichere Spannungsquelle (7) enthaltenden Fernspeisegerät (6), an dem zur Fernspeisung über einen eigensicheren Stromkreis (1) mindestens ein Gerät (2, 3) angeschlossen ist,
- 1. daß zwischen den eigensicheren Stromkreis (1) und jedes an geschlossene Gerät (2, 3) jeweils eine Diodenbrücke (4, 5) geschaltet ist,
- 2. daß Mittel (8) zur Überwachung der Speisespannung an dem eigensicheren Stromkreis (1) vorhanden sind,
- 3. daß Schaltmittel (9) zur Umpolung der Speisespannung vorhan den sind und
- 4. daß Mittel (10) vorhanden sind zur Meldung von Speisespan nungsfehlern und zur Steuerung der Schaltmittel (9).
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet,
- 1. daß der eigensichere Stromkreis (1) ein Bussystem zur Über tragung von Daten ist und die angeschlossenen Geräte Teil nehmer am Bussystem sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4027331A DE4027331C2 (de) | 1989-09-26 | 1990-08-29 | Verfahren und Anordnung zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit Fernspeisung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3932113 | 1989-09-26 | ||
DE4027331A DE4027331C2 (de) | 1989-09-26 | 1990-08-29 | Verfahren und Anordnung zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit Fernspeisung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4027331A1 DE4027331A1 (de) | 1991-04-04 |
DE4027331C2 true DE4027331C2 (de) | 2000-04-27 |
Family
ID=6390223
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4027331A Expired - Fee Related DE4027331C2 (de) | 1989-09-26 | 1990-08-29 | Verfahren und Anordnung zum Erkennen und Kompensieren von Fehlern in eigensicheren Stromkreisen mit Fernspeisung |
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DE (1) | DE4027331C2 (de) |
Families Citing this family (1)
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DE102014117179A1 (de) * | 2014-11-24 | 2016-05-25 | Endress+Hauser Process Solutions Ag | Überwachung des eigensicheren Betriebs eines Feldgeräts |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2261105A1 (de) * | 1972-12-14 | 1974-06-20 | Bbc Brown Boveri & Cie | Einrichtung zur strombegrenzung in eigensicheren stromkreisen |
DE2263541A1 (de) * | 1972-12-27 | 1974-07-04 | Bbc Brown Boveri & Cie | Schaltungsanordnung zur spannungsbegrenzung in eigensicheren stromkreisen |
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1990
- 1990-08-29 DE DE4027331A patent/DE4027331C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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DE2261105A1 (de) * | 1972-12-14 | 1974-06-20 | Bbc Brown Boveri & Cie | Einrichtung zur strombegrenzung in eigensicheren stromkreisen |
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