DE4309789A1

DE4309789A1 - Prüfanordnung für einen Analogeingabekanal für eine sicherheitsgerichtete, insbesondere speicherprogrammierbare Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE4309789A1
Application number: DE19934309789
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Voelcker; Ulrich Dipl Ing Lang; Reinhard Dipl Ing Mark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-09-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfanordnung für einen Analog eingabekanal für eine sicherheitsgerichtete, insbesondere speicherprogrammierbare Steuereinrichtung, wobei der Analog eingabekanal einen Analogwertgeber aufweist, der über eine Signalleitung mit der Steuereinrichtung verbunden ist.

Werden Analogwerte als Eingangsgrößen für sicherheitsgerich tete, speicherprogrammierbare Steuerungen (SpS) benötigt, so muß sichergestellt sein, daß zur Überprüfung des Analogeinga bekanals der Steuereinrichtung der Analogwert sich in gewis sen Zeitabständen über den gesamten Meßbereich des Analogein gabekanals betriebsmäßig verändert. Ist das nicht der Fall, so kann eine zertifizierende Stelle, wie z. B. der Technische Überwachungsverein (TÜV), die sichere Funktion eines in der Steuereinrichtung dem Analogeingabekanal s nachgeschalteten Analog-/Digital-Umsetzers nicht bescheinigen.

Bisher wurde der Analogwertgeber von dem Analogeingabekanal abgetrennt und der Analogwerteingang der speicherprogram mierbaren Steuereinrichtung mit einem Prüfsignalausgang der Steuereinrichtung verbunden, über den das Betriebssystem der Steuereinrichtung die vom Anwender projektierten Prüfwerte vorgibt und einen Soll-/Istwert-Vergleich zwischen den vor gegebenen und den eingelesenen und digitalisierten Analog werten durchführt. Dieses Verfahren ist universell einsetz bar, jedoch bezüglich des Verdrahtungs- und Bauteileaufwandes aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfung für sicherheitsgerichtete Analogeingabekanäle von Steuereinrich tungen zu ermöglichen, ohne daß hierfür ein besonderer Ver drahtungsaufwand erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Prüfanordnung der eingangs angegebenen Art dem Analog wertgeber eine Prüfsignalanordnung zugeordnet ist, die an der Signalleitung angeschlossen ist, daß die Prüfsignalanordnung einen Prüfsignalgenerator aufweist, der bei Aktivierung der Prüfsignalanordnung ein sich über den Meßbereich des Analog eingabekanals änderndes Prüfsignal erzeugt, und daß die Steu ereinrichtung einen Aktivierungssignalgenerator zur Erzeugung eines Aktivierungssignals für den Prüfsignalgeber enthält.

Es ist denkbar, daß das Prüfsignal bei Aktivierung des Prüf signalgebers von diesem niederohmig auf die Signalleitung aufgeprägt wird, so daß das Ausgangssignal des Analogwert gebers unterdrückt wird. Es ist jedoch einfacher und siche rer, das Prüfsignal und das Ausgangssignal des Analogwert gebers voneinander zu trennen, wozu die Prüfsignalanordnung einen durch das Aktivierungssignal steuerbaren Umschalter enthält, der an einem Eingang mit dem Analogwertgeber und an einem anderen Eingang mit dem Prüfsignalgenerator verbunden ist und an seinem Ausgang mit der Signalleitung in Verbindung steht.

Die Aktivierung der Prüfsignalanordnung durch die Steuerein richtung kann über eine separate Steuerleitung erfolgen. Auf diese kann jedoch in vorteilhafter Weise verzichtet werden, wenn der Aktivierungssignalgenerator der Steuereinrichtung mit der Signalleitung verbunden ist und die Prüfsignalanord nung eine an der Signalleitung angeschlossene Detektorein richtung zur Detektion des Aktivierungssignals enthält.

Eine genaue Überprüfung des Analogeingabekanals über seinen gesamten Meßbereich läßt sich dadurch erreichen, daß das Prüfsignal ein rampenförmiges Spannungssignal ist. In der Re gel reichen jedoch auch einzelne, über den gesamten Meßbe reich verteilte Analogwerte zur Überprüfung des Analogeinga besignals aus, wodurch auch die zur Analog-/Digital-Umsetzung und Prüfung des Analogeingabesignals erforderliche Zeit ver kürzt wird. In diesem Fall ist das Prüfsignal vorzugsweise ein treppenförmiges Spannungssignal.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Prüf anordnung sind der Analogwertgeber und die Prüfsignalanord nung über einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer an der Signallei tung angeschlossen, wobei das von dem Aktivierungssignalgeber erzeugte Aktivierungssignal eine Frequenz außerhalb des dem Meßbereich des Analogeingabekanals durch den Spannungs-Fre quenz-Umsetzer zugeordneten Frequenzbereiches aufweist. Der Analogwertgeber und der Prüfsignalgeber sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Baueinheit angeordnet.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, die ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Prüfanordnung zeigt.

Die Figur zeigt einen sicherheitsgerichteten Analogeingabe kanal für eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS) 1. Der Analogeingabekanal weist einen Analogwertgeber 2 bestehend aus einem Sensor 3, hier ein Gassensor, mit einem nachgeordneten Meßverstärker 4 auf. Der Meßverstärker 4 ist ausgangsseitig über eine steuerbare Umschalteinrichtung 5 an einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6 angeschlossen, der sei nerseits ausgangsseitig über einen Optokoppler 7 an einer Zwei-Draht-Signalleitung 8 angeschlossen ist. Die Zwei-Draht- Signalleitung 8 ist an ihrem anderen Ende mit einer Signal auswerteeinrichtung 9 in der Steuereinrichtung 1 verbunden. Die Signalauswerteeinrichtung 9, die einen Analog-/Digital- Umsetzer und eine nachgeordnete Signalauswerteelektronik ent hält, ist über ein digitales Bussystem 10 mit einem Zentral prozessor 11 und einem Speicher 12 sowie weiteren, hier nicht gezeigten Baueinheiten der Steuereinrichtung 1 verbunden.

Bei sich nur sehr langsam ändernden Analogwerten des Analog wertgebers 2, die, wie im Falle des Gassensors 3, oft über Stunden oder Tage praktisch konstant sind, ist es erforder lich, in bestimmten Zeitabständen die Funktionsfähigkeit des Analogeingabekanals über seinen gesamten Meßbereich zu über prüfen. Hierzu ist an der Zwei-Draht-Signalleitung 8 eine Prüfsignalanordnung 13 angeschlossen, die einen Prüfsignal generator 14 mit einem nachgeordneten Verstärker 15 enthält. Der Prüfsignalgenerator erzeugt ein rampen- oder bevorzugt treppenförmiges Prüfsignal mit einer den Meßbereich des Ana logeingabekanals umfassenden Signalamplitude und einer Sig naldauer von beispielsweise 1,2 Sekunden. Der Verstärker 15 ist an seinem Ausgang über den steuerbaren Umschalter 5 mit dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6 verbunden, wobei je nach Schaltstellung des Umschalters 5 entweder der verstärkte Analogwert des Sensors 3 oder das verstärkte Prüfsignal des Prüfsignalgenerators 14 dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6 zugeführt wird. Zum Umschalten des Umschalters 5 aus der in der Figur gezeigten Schaltstellung, bei der das verstärkte Signal des Sensors 3 auf den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6 durchgeschaltet ist, in die das verstärkte Prüfsignal durch schaltende Schaltstellung ist der Umschalter 5 über eine Steuerleitung 16 mit einem Zeitablaufglied 17 verbunden, das bei Ansteuerung einen Umschaltimpuls mit einer Dauer von beispielsweise 1,5 Sekunden erzeugt. Während der Dauer des Umschaltimpulses erfolgt außer der Umschaltung auch eine Aktivierung des Prüfsignalgebers 14 und des nachgeordneten Verstärkers 15. Das Zeitablaufglied 17 wird durch das Detektionssignal eines Detektors 18 angestoßen, der eingangs seitig über einen weiteren Optokoppler 19 mit der Zwei-Draht- Leitung 8 verbunden ist. In der speicherprogrammierbaren Steuereinrichtung 1 ist ein Aktivierungssignalgeber 20 an der Zwei-Draht-Signalleitung 8 angeschlossen, der in vorbestimm ten Zeitabständen ein Aktivierungssignal in Form eines Pilot tons mit einer Frequenz von beispielsweise 10 kHz abgibt. Dieses Aktivierungssignal wird über die Zwei-Draht-Signal leitung 8 zu der Prüfsignalanordnung 13 übertragen und dort von der Detektoreinrichtung 18 detektiert. Daraufhin wird für die Dauer des Umschaltsignals das Prüfsignal des Prüfsignal generators 14 dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6 zugeführt und von diesem in ein entsprechendes Frequenzsignal umgesetzt und über die Zwei-Draht-Signalleitung 8 der Steuereinrichtung 1 zugeführt. Während der Dauer, in der das Prüfsignal über die Zwei-Draht-Signalleitung 8 übertragen wird, wird die Sig nalauswerteeinrichtung 9 durch den Aktivierungssignalgenera tor 20 in der Weise angesteuert, daß das von ihr empfangene Signal nicht als Analogwert des Analogwertgebers 3, sondern als Prüfsignal erkannt und entsprechend ausgewertet wird.

Der Analogwertgeber 2, Spannungs-Frequenz-Umsetzer 6, Opto koppler 7 und die Prüfsignalanordnung 13 sind in einer ge meinsamen Baueinheit integriert.

Claims

1. Prüfanordnung für einen Analogeingabekanal für eine si cherheitsgerichtete, insbesondere speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (1), wobei der Analogeingabekanal einen Analogwertgeber (2) aufweist, der über eine Signalleitung (8) mit der Steuereinrichtung (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Analogwertgeber (2) eine Prüfsignalanordnung (13) zu geordnet ist, die an der Signalleitung (8) angeschlossen ist, daß die Prüfsignalanordnung (13) einen Prüfsignalgenerator (14) aufweist, der bei Aktivierung der Prüfsignalanordnung (13) ein sich über den Meßbereich des Analogeingabekanals änderndes Prüfsignal erzeugt, und daß die Steuereinrichtung (1) einen Aktivierungssignalgenerator (20) zur Erzeugung ei nes Aktivierungssignals für die Prüfsignalanordnung (13) ent hält.

2. Prüfanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignalanordnung (13) einen durch das Aktivie rungssignal steuerbaren Umschalter (5) enthält, der an einem Eingang mit dem Analogwertgeber (2) und an einem anderen Eingang mit dem Prüfsignalgenerator (14) verbunden ist und an seinem Ausgang mit der Signalleitung (8) in Verbindung steht.

3. Prüfanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivierungssignalgenerator (20) der Steuerein richtung (1) mit der Signalleitung (8) verbunden ist und daß die Prüfsignalanordnung (13) eine an der Signalleitung (8) angeschlossene Detektoreinrichtung (18) zur Detektion des Aktivierungssignals enthält.

4. Prüfanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal ein rampenförmiges Spannungssignal ist.

5. Prüfanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal ein treppenförmiges Spannungssignal ist.

6. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogwertgeber (2) und die Prüfsignalanordnung (13) über einen gemeinsamen Spannungs-Frequenz-Umsetzer (6) an der Signalleitung (8) angeschlossen sind und daß das von dem Aktivierungssignalgeber (20) erzeugte Aktivierungssignal eine Frequenz außerhalb des dem Meßbereich des Analogeingabekanals durch den Spannungs-Frequenz-Umsetzer (6) zugeordneten Fre quenzbereiches aufweist.

7. Prüfanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogwertgeber (2) und die Prüfsignalanordnung (13) in einer gemeinsamen Baueinheit angeordnet sind.