DE4142254C2 - Binäreingang für potentialfreie Schaltkontakte - Google Patents
Binäreingang für potentialfreie SchaltkontakteInfo
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- H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für einen
Installationsbus der Gebäudesystemtechnik gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Schaltungsan
ordnung ist aus dem Aufsatz von Knorr in der Zeitschrift
etz, 1992, Heft 11, S. 638-648 (Bild 1) bekannt.
Binäreingabeglieder werden zur Integration von Sensoren
in der dort beschriebenen Gebäudesystemtechnik benötigt.
Viele Sensoren verwenden als Ausgangsgröße einen einfachen,
binären Schaltkontakt, z. B. Dämmerungsmelder, Eiswarner,
Bewegungsmelder, Glasbruchmelder usw. Tür- und Fenster
stellungen werden oft unmittelbar mit Reed-Relais-Kontakten
erfaßt.
Die Abfrage des Schaltzustandes eines Kontaktes geschieht
in herkömmlichen Eingabegliedern nach dem in Fig. 4a und
Fig. 4b dargestellten Prinzip, das heißt die Spannung
einer Spannungsquelle U wird über den abzutastenden Kon
takt K auf den Eingang des Eingabegliedes geschaltet, so
daß bei geschlossenem Kontakt diese Spannung am Eingang
anliegt, bei geöffnetem Kontakt dagegen nicht. Da zur
sicheren Kontaktgabe der Strom durch den Kontakt mindestens
10 mA betragen muß, wird bei diesem Verfahren mit einer
Spannung von 5 Volt eine Leistung von 5 V × 10 mA = 50 mWatt
benötigt.
Soll das Binäreingabeglied einerseits diese Leistung zur
Kontaktabfrage bereitstellen und andererseits direkt aus
dem Installationsbus gespeist werden, so wäre dieser Lei
stungsbedarf von 50 mW pro Kontakt viel zu hoch, denn die
Busleitung hat regelmäßig eine Vielzahl von Teilnehmern zu
versorgen, so daß für den einzelnen Teilnehmer nur eine
geringe Leistung zur Verfügung steht. Eine entsprechend
geringe Leistung von 5 mW und weniger pro Kontakt ist
deshalb anzustreben.
Um Spannungsverschleppungen in ausgedehnten Anlagen der
Gebäudesystemtechnik mit weit verzweigten Leitungswegen
zu vermeiden, ist die Möglichkeit zur galvanischen Tren
nung zwischen Kontakt und Binäreingabeglied zwingend
erforderlich.
Aus der Veröffentlichung etz Bd. 113 (1992) Heft 11, S. 638-648 ist
eine Schaltungsanordnung der gattungsbildenden Art
bekannt, wonach diese zur Zustandsüberwachung poten
tialfreie Kontakte vorsieht.
Zum Stand der Technik kann auch verwiesen werden auf
die DE 39 41 319 A1, DE 32 28 686 A1 und DE 34 24 294 A1.
Die dort beschriebenen Schaltungen beziehen sich auf
die Abfrage von Schaltkontakten mittels Impulsver
fahren. Hinsichtlich einer Potentialtrennung eines
abgefragten Kontaktes von den impulserzeugenden Steuer
gliedern ist in diesen Dokumenten nichts offenbart.
Aus der deutschen Patentschrift DE 28 28 551 C2 sind
matrixartige Meldekontakte für ein Gebäudeleitsystem
bekannt, die jedoch keine potentialtrennende Wirkung
zwischen der Impulserzeugung und den Kontakten auf
weisen. Ebenso ist eine hierauf bezogene Auswertung
auch nicht vorgesehen.
Auf der DE 28 06 294 A1 ist die Erzeugung einer
sinusförmigen Spannung bekannt, die potentialge
trennt an einem Kontakt herangeführt wird. Diese
Schaltung sieht jedoch keine Impulserzeugung und
Impulsauswertung vor.
Schließlich ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 91 07 193 U1 eine Erkennungsschaltung für Herde
bekannt, wobei die Netzspannung gleichgerichtet
wird und das gleichgerichtete Signal galvanisch
durch Optokoppler vom Netz getrennt wird. Auch hier
sieht die bekannte Schaltung keine Impulserzeugung
und Impulsauswertung vor.
Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, folgende
Forderungen für ein Binäreingabeglied zu erfüllen:
- 1. Die Verlustleistung des Binäreingabegliedes muß kleiner als 5 mW pro Kontaktabfrage sein.
- 2. Der Kontaktstrom muß mindestens 10 mA betragen.
- 3. Es soll die Möglichkeit bestehen den abzutastenden Schaltkontakt galvanisch von der Busleitung zu trennen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeich
nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Anhand der Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbei
spiele der Erfindung näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Prinzip-Schaltbild eines ersten Ausführungs
beispiels mit einem einzigen potentialfreien
Kontakt, gekoppelt an einen Zweileiterbus;
Fig. 2 das Prinzip-Schaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels mit Kontakten K1 bis Kn;
Fig. 3a) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko1 als Verbindungsleitung dargestellt ist;
Fig. 3b) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko1 als Trenntransformator im Durchfluß
betrieb dargestellt ist;
Fig. 3c) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko1 als Trenntransformator für Sperrbe
trieb dargestellt ist;
Fig. 3d) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko2 als Optokoppler dargestellt ist;
Fig. 3e) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko2 als Kondensator dargestellt ist;
Fig. 3f) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko2 als Trenntransformator ausgeführt ist;
Fig. 3g) das Schaltsymbol, in dem das Koppelglied
Ko2 als Verbindungsleitung mit einem
Eingangswiderstand X ausgeführt ist;
Fig. 4a) und b) Prinzip-Schaltbilder des Standes
der Technik;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel zur Verdeutlichung
des Prinzip-Schaltbildes der Fig. 1;
Fig. 6 Impulsdiagramme zur Veranschaulichung der
Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5.
In Fig. 1 und 2 ist mit BL ein Zweileiterbus bezeichnet,
der mit einem Busteilnehmer BT verbunden ist, der über
ein Steuerglied St sowie über einen oder mehrere Speicher
M . . . Mn verfügt. An den Busteilnehmer BT ist ein elek
tronischer Schalter S mit Kondensator C und einem Koppel
glied Ko1 angeschlossen. Der Ausgang dieses Koppelglie
des Ko1 führt auf eine oder mehrere Anschlußklemmen 1
eines oder mehrerer parallel angeordneter, potential
freier Kontakte K, K1 bis Kn. Mit der Anschlußklemme 2
eines jeden Kontaktes besteht eine Verbindung zu jeweils
einem Koppelglied Ko2, Ko3 bis Kon + 1 mit dem reellen
oder komplexen Eingangswiderstand X1 . . . Xn. Jedes
Koppelglied Ko2 bis Kon + 1 ist mit einem Speicher M
(Fig. 1) oder in Fig. 2 mit einem Speicher M1 bis Mn
verbunden.
Aufbau und Funktion der Schaltung zur Erfassung der
Stellung eines potentialfreien Kontaktes werden am
Beispiel des Prinzip-Schaltbildes in Fig. 1 erläutert.
Ein Kondensator C wird kontinuierlich durch einen kleinen
Strom aus dem Busteilnehmer BT geladen. Ein Steuerglied
St bewirkt ein zyklisches, kurzes Schließen des elektro
nischen Schalters S, wodurch bei geschlossenem Kontakt K
zyklisch kräftige Stromimpulse entstehen, die über das
Koppelglied Ko1 und über den geschlossenen Kontakt K in
den Eingangswiderstand X des Koppelgliedes Ko2 hinein
fließen und von diesem in Spannungsimpulse umgeformt
werden. Diese Spannungsimpulse werden in den Speicher M
eingelesen und am Ausgang Q erscheint ein binärer Wert,
der dem Zustand des geschlossenen Kontaktes entspricht
und der von dem Busteilnehmer BT weiter verarbeitet wer
den kann. Bei geöffnetem Kontakt erscheint an diesem
Ausgang ein inverser Wert, der dem Zustand des geöff
neten Kontaktes entspricht.
Die Amplitude der Stromimpulse kann durch entsprechende
Dimensionierung des Eingangswiderstandes X vom Koppel
glied Ko2 eingestellt werden. Wird für das Koppelglied
Ko1 eine Verbindungsleitung nach Fig. 3a und für das
Koppelglied Ko2 eine Verbindungsleitung nach Fig. 3g
vorgesehen, so kann der in diesem Falle ohmsche Wider
stand X wie folgt ermittelt werden:
wobei Up die Impulsspannung ist und Ip die gewünschte
Stromstärke des Impulses.
Die mittlere Leistungsaufnahme Pm der Schaltungsanord
nung nach Fig. 1 ergibt sich aus der Impulsenergie be
zogen auf die Zykluszeit; wobei die Steuerleistung für
den elektronischen Schalter S vernachlässigt wird.
Danach errechnet sich:
(t1 Impulsdauer; t2 Zykluszeit).
Bei einer Impulsspannung Up = 5 V, einem Impulsstrom von
10 mA, einer Impulszeit t1 = 10 µs sowie einer Zykluszeit
t2 = 5 ms ergibt sich eine mittlere Leistung von nur
100 µW. Eine galvanische Trennung des Kontaktes K ist
aufgrund der Impulsform problemlos durch einen Trenn
trafo (Fig. 3b) für das Koppelglied Ko1 sowie einen
Trenntrafo (Fig. 3f), einen Optokoppler (Fig. 3d) oder
einen Kondensator (Fig. 3e) für das Koppelglied Ko2
möglich. Somit sind die der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgaben erfüllt.
In Fig. 2 ist dargestellt, daß anstelle von einem ein
zigen Kontakt auch mehrere solcher Kontakte, K1 bis Kn
in der vorbeschriebenen Weise abtastbar sind, wobei die
Anzahl der Speicherglieder M1 bis Mn mit der Anzahl der
Kontakte K1 bis Kn mit den zugehörigen Eingangswiderstän
den X1 bis Xn der Koppelglieder Ko2 bis Kon + 1 über
einstimmen. Im einzelnen gibt es noch verschiedene Mög
lichkeiten, die Schaltung zu verwirklichen. So kann bei
spielsweise das Steuerglied St des Busteilnehmers BT wie
im vorliegenden Falle durch einen entsprechend programmier
ten Micro-Controller realisiert werden; desgleichen kann
ein solches Steuerglied auch durch reine Hardware ausgeführt
sein. Sollen, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, von einem Binär
eingabeglied ein oder mehrere Kontakte K1 bis Kn potential
getrennt abgefragt werden, bietet sich als Koppelglied Ko1
und Ko2 ein Trenntransformator im Durchflußbetrieb gemäß
Fig. 3b und Fig. 3f an.
Für den Fall, daß auf einen galvanisch getrennten An
schluß eines Kontaktes K verzichtet werden kann, können
die Koppelglieder Ko1 und Ko2 als Verbindungsleitung
gemäß Fig 3a und Fig. 3g ausgeführt werden. Im Falle
des galvanisch getrennten Anschlusses eines Kontaktes K
kann das Koppelglied Ko1 auch als Trenntransformator
im Sperrbetrieb gemäß Fig. 3c geschaltet werden; das
Koppelglied Ko2 entweder als Optokoppler gemäß Fig. 3d,
oder auch als Kondensator gemäß Fig. 3e ausgeführt sein.
Ein ausgeführtes Schaltungsbeispiel mit Zeitdiagramm
soll die Funktion weiter verdeutlichen:
Danach zeigt Fig. 5 eine Schaltung nach Fig. 1, 3b und 3d. Der Schalter S wurde durch einen PNP-Transistor realisiert, das Koppelglied Ko1 durch einen Trenn transformator (Fig. 3b) und das Koppelglied Ko2 durch einen Optokoppler (Fig. 3d). Fig. 6 zeigt das dazugehörige Impuls-Zeitdiagramm.
Danach zeigt Fig. 5 eine Schaltung nach Fig. 1, 3b und 3d. Der Schalter S wurde durch einen PNP-Transistor realisiert, das Koppelglied Ko1 durch einen Trenn transformator (Fig. 3b) und das Koppelglied Ko2 durch einen Optokoppler (Fig. 3d). Fig. 6 zeigt das dazugehörige Impuls-Zeitdiagramm.
Das Signal (A) in Fig. 6 zeigt die Schaltstellung des
Kontaktes K. Signal (B) steuert zyklisch die Basis des
Transistors S, Signal (C) zeigt den daraus resultierenden,
zyklisch wiederkehrenden Spannungspuls an der Primärseite
des Trenntransformators Ko1, Signal (D) zeigt den Span
nungsverlauf am Widerstand X, der aus der Reihenschaltung
aus Optokoppler-Diode und Widerstand R2 besteht. Der im
pulsförmige Strom durch die Optokoppler-Diode steuert den
Transistor des Optokopplers zyklisch durch, siehe Signal
(E). Schließlich erscheint am Ausgang Q das um die Ent
prellzeit verzögerte Signal (F), das die Stellung des
Kontaktes K wiedergibt.
Claims (9)
1. Schaltungsanordnung für einen Installationsbus der
Gebäudesystemtechnik zur Zustandsüberwachung potential
freier als binäre Sensor- oder Meldekontakte vorge
sehener Kontakte (K), dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Anordnung, bestehend aus einem Kondensator (C), einem elektronischen Schalter (S), einem ersten und einem zweiten Koppelglied (Ko1, Ko2), an die der Kontakt (K) angeschlossen ist, und weiter über einen Speicher (M) sowie eine Steuerung (St) verfügt,
- - daß aus einem am Installationsbus angeschlossenen Busteilnehmer (BT) kontinuierlich Energie in den Kondensator (C) fließt, die durch zyklisches, kurzzeitiges Schließen des von der Steuerung (St) angesteuerten elektronischen Schal ters (S), bei geschlossenem Kontakt (K) in Stromimpulse umgeformt wird, die über das erste Koppelglied (Ko1) und über den geschlossenen Kontakt (K) in den nieder ohmigen Eingangswiderstand (X) des zweiten Koppelgliedes (Ko2) hineinfließen,
- - daß das zweite Koppelglied (Ko2) die Stromimpulse im Spannungsimpulse umformt,
- - daß der Speicher (M) die Spannungsimpulse einliest, wodurch an dessen Ausgang (Q) ein binärer Wert erscheint, der dem geschlossenen Zustand des Kontaktes, (K) entspricht, und den der Busteilnehmer (BT) weiterverarbeiten kann, wogegen bei geöffnetem Kontakt (K) ein inverser Wert am Ausgang (Q) des Speichers (M) erscheint, der dem geöff neten Zustand des Kontaktes (K) entspricht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß anstelle von einem potentialfreien
Kontakt (K) auch mehrere solcher Kontakte (K1 bis Kn)
über die in Anspruch 1 vorgegebene Anordnung abtast
bar sind, wobei die Anzahl der Speicherglieder (M1
bis Mn) mit der Anzahl der Kontakte (K1 bis Kn) samt
der entsprechenden Anzahl von zweiten Koppelgliedern
(Ko2 bis Kon + 1) übereinstimmt (Fig. 2).
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Koppelglied (Ko1)
als Trenntransformator (b) ausgeführt ist, der im Durch
flußbetrieb geschaltet ist (Fig. 3b).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Koppelglied (Ko1)
als Trenntransformator (c) ausgeführt ist, der im Sperr
betrieb geschaltet ist (Fig. 3c).
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Koppelglied (Ko1)
als Verbindungsleitung (a) ausgeführt ist (Fig. 3a).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelglied
(Ko2) als Optokoppler (d) ausgeführt ist (Fig. 3d).
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelglied
(Ko2) als Trenntransformator (f) ausgeführt ist
(Fig. 3f).
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelglied
(Ko2) als Verbindungsleitung (g) mit dem Eingangs
widerstand (X) ausgeführt ist (Fig. 3g).
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelglied
(Ko2) als Kondensator (e) ausgeführt ist (Fig. 3e).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4142254A DE4142254C2 (de) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Binäreingang für potentialfreie Schaltkontakte |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4142254A DE4142254C2 (de) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Binäreingang für potentialfreie Schaltkontakte |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4142254A1 DE4142254A1 (de) | 1993-07-01 |
DE4142254C2 true DE4142254C2 (de) | 1996-11-07 |
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ID=6447668
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DE4142254A Expired - Fee Related DE4142254C2 (de) | 1991-12-20 | 1991-12-20 | Binäreingang für potentialfreie Schaltkontakte |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4142254C2 (de) |
Families Citing this family (3)
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DE3424294A1 (de) * | 1984-07-02 | 1986-01-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Abfrageeinrichtung zur identifikation der stellung von schaltern |
DE3941319A1 (de) * | 1989-12-14 | 1991-06-27 | Sick Optik Elektronik Erwin | Verfahren zur schalterueberwachung |
DE9107193U1 (de) * | 1991-06-11 | 1991-08-14 | Bosch-Siemens Hausgeräte GmbH, 8000 München | Schaltungsanordnung zur Erkennung von Schaltzuständen |
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1991
- 1991-12-20 DE DE4142254A patent/DE4142254C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE4142254A1 (de) | 1993-07-01 |
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