DE69119523T2 - Fehlererkennung in Relaisansteuerungsschaltungen - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Relaisfehlerermittlung, insbesondere auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Feststellen von Fehlern in einem Relaisnetzwerk einschließlich solcher Relais, wie sie zum Schalten von redundanten oder Reservegeräten eines Systems im Fehlerfall verwendet werden, während das System seine normale beabsichtigte Funktion (d.h. On-Line) ausführt.
• Prozeßleitsysteme mit Reserve-Prozeßreglern, wie das im US-Patent 4 133 027 von J. A. Hogan vom 2.1.1979 sowie im US-Patent 4 141 066 von Y. Keiles vom 20.2.1979 beschreibene System, enthalten einen Reserveregler mit einem zugeordneten Schreib/Lesespeicher RAM (Random Access Memory) sowie einem zugeordneten Nur- Lesespeicher ROM (Read Only Memory). Der Reserve-Regler ist im wesentlichen untätig oder kann einige Hintergrundaufgaben ausführen, jedoch keine, welche sich direkt auf die Prozeßleitfunktion beziehen. Wird ein Fehler in einem der Hauptprozeßregler festgestellt, so müssen die im RAM-Speicher des fehlerhaften Reglers gespeicherten Daten in den RAM-Speicher des Reserve-Reglers übertragen werden, damit dieser den Betrieb des Primärreglers übernehmen kann. Diese Systeme beschreiben eine 1:N-Redundanz.
• Vorhandene Systeme, wie das im US-Patent 4 958 270 der Honeywell Inc. beschriebene System, arbeiten mit einer 1:1-Redundanz, wobei die Datenbasis eines Sekundärgeräts (d.h. des sekundären oder Reserve-Reglers) periodisch auf den neuesten Stand gebracht wird, so daß der Fortschreibprozeß für die Primärfunktionen durchlässig ist und die Zentraleinheit- oder Prozessorleistungsfähigkeit nicht an sich zieht (oder stört) und ein Minimum an Zeit braucht. Sollte ein Fehlerzustand auftreten, so kann während einer Zeitspanne keine Kommunikation zwischen dem Primärregler und dem Rest des Systems stattfinden (d.h. eine Unterbrechung tritt auf).
• Früher wurde ein Schaltrelais durch einen einzigen Mikroprozessor gesteuert. Hat man wegen der Anzahl der benötigten Kontakte mehr als ein Schaltrelais gebraucht, so wurden mehrere Ausgangssignale des Mikroprozessors benutzt. Auch wurden für die Fehlerfeststellung mehrere Eingangssignale an den Mikroprozessor zurückgegeben.
• Das US-Patent 4 500 951 beschreibt ein Betriebsleitsystem mit Einschalten einer Reserve- Reglerstation beim Ausfall einer Primärstation, wobei ein einziger einpoliger Umschaltkreis der Einschaltung der Reservestation in die Betriebsschaltung dient.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erkennen von Relaisfehlern mit wenigstens einer an ein entsprechendes Feldgerät operativ angeschlossenen Ausgabevorrichtung, wobei jeder Ausgabevorrichtung eine an das gleiche Feldgerät operativ angeschlossene redundante Ausgabevorrichtung sowie eine Umschaltvorrichtung zugeordnet ist, um bei einem Fehler der Ausgabevorrichtung die redundante Ausgabevorrichtung einzuschalten, und wobei die Einrichtung gekennzeichnet ist durch:
• a) wenigstens eine erste Stromquelle zur Lieferung eines Stroms, wobei jede erste Stromquelle an die entsprechende Ausgangsklemme der ersten Ausgabevorrichtung angeschlossen ist und der von jeder ersten Stromquelle gelieferte Strom die von jeder entsprechenden Ausgangsklemme der Ausgabevorrichtung abgegebene Information enthält;
• b) wenigstens eine zweite Stromquelle zur Lieferung eines Stroms, wobei jede zweite Stromquelle an die entsprechende Ausgangsklemme der redundanten Ausgabevorrichtung angeschlossen ist und der von jeder zweiten Stromquelle gelieferte Strom die von jeder entsprechenden Ausgangsklemme der redundanten Ausgabevorrichtung abgegebene Information enthält;
• c) wenigstens eine erste Diode, die an die entsprechende erste Stromquelle sowie an entsprechende erste Anschlußklemmen angeschlossen ist und wobei jede Verbindung zwischen der ersten Diode und der entsprechenden ersten Stromquelle jeweils an entsprechende zweite Anschlußklemmen angeschlossen ist;
• d) wenigstens eine zweite Diode, die an die entsprechende zweite Stromquelle sowie an entsprechende erste redundante Anschlußklemmen angeschlossen ist und wobei jede Verbindung zwischen der zweiten Diode und der entsprechenden zweiten Stromquelle jeweils an entsprechende zweite redundante Anschlußklemmen angeschlossen ist, und wobei ferner jede erste redundante Anschlußklemme mit der entsprechenden ersten Anschlußklemme sowie mit dem entsprechenden Feldgerät verbunden ist, wodurch ein Leitungsweg für die Zufuhr von Informationen von den Ausgangsklemmen der Ausgabevorrichtung und den Ausgangsklemmen der redundanten Ausgabevorrichtung an die entsprechenden Feldgeräte hergestellt wird;
• e) mehrere Schaltvorrichtungen mit ersten und zweiten Kontaktstellen, wobei jede der zweiten Gruppe von Ausgangsklemmen der Ausgabevorrichtung an eine entsprechende erste Kontaktstelle sowie die zweite Gruppe von Ausgangsklemmen der redundanten Ausgabevorrichtung an die entsprechende zweite Kontaktstelle operativ angeschlossen ist; und
• f) an die Ausgabevorrichtung sowie die redundante Ausgabevorrichtung operativ angeschlossene Aktivierungsmittel zum Aktivieren der mehreren Schalteinrichtungen beim Auftreten eines Steuersignals von der Ausgabevorrichtung und der redundanten Ausgabevorrichtung, so daß die von den Ausgangsklemmen der Ausgabevorrichtung gelieferte Information oder die von den Ausgangsklemmen der redundanten Ausgabevorrichtung gelieferte Information durch die Schalteinrichtung vorbeigeleitet und die nicht vorbeigeleitete Information dem entsprechenden Feldgerät zugeführt wird.
• Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung zum Erkennen von Relaisfehlern mit wenigstens einer an ein entsprechendes Feldgerät operativ angeschlossenen Ausgabevorrichtung, wobei jeder Ausgabevorrichtung eine entsprechende redundante Ausgabevorrichtung zugeordnet und diese an das gleiche entsprechende Feldgerät wie die entsprechende Ausgabevorrichtung angeschlossen ist, und mit einem Umschaltkreis, um bei einem Fehler der Ausgabevorrichtung die redundante Ausgabevorrichtung einzuschalten, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Prüfen der Betriebsfähigkeit der Einrichtung mit den Schritten:
• a) Aussenden eines ersten Steuersignals durch die redundante Ausgabevorrichtung, wodurch das Aktivierungselement daran gehindert wird, das Schaltelement umschalten zu lassen;
• b) Aussenden eines zweiten Steuersignals durch die Ausgabevorrichtung, wodurch das Steuersignal das Aktivierungselement trotz Ansteuerung durch das erste Steuersignal aktiviert;
• c) Beobachten wenigstens eines vom Aktivierungselement zur redundanten Ausgabevorrichtung zurückkommenden resultierenden Signals, um dieses mit einem erwarteten Ergebnis zu vergleichen und dadurch die Betriebsfähigkeit des Aktivierungselements zu verifizieren.
• Die Erfindung sieht also eine Einrichtung sowie ein Verfahren vor, welches Fehler von Relaisschaltkreisen erkennen kann, welche andernfalls unbemerkt blieben und einen ordnungsgemäßen Betrieb der Relaisschaltkreise verhindern würden. Bei der Erfindung können sich zwei Mikroprozessoren die Steuerung der Relaisschaltkreise teilen, wobei jeder Mikroprozessor nur einen Ausgang sowie einen Eingang für den Relaisschaltkreis hat, wodurch die Anzahl der Verbindungen auf ein Minimum reduziert und die Fehlerausbreitung begrenzt und die Anschlußkosten minimiert werden.
• Bei einer Ausführungsform sieht die Erfindung eine Einrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche vor, die gekennzeichnet ist durch eine Prüfvorrichtung für die Betriebsfähigkeit eines Schaltrelaiskreises während des Betriebs der Relaiseinheiten in einer Anlage, wobei die Einrichtung umfaßt:
• - zwei Vorrichtungen, an welche die Relaiseinheit angeschlossen ist, um eine erste der Vorrichtungen in der Anlage als aktive Vorrichtung arbeiten zu lassen und die zweite der Vorrichtungen in der Anlage als Ersatzvorrichtung für die erste Vorrichtung arbeiten zu lassen, wobei eine Betätigung der Relaiseinheit durch Zufuhr von Steuersignalen an zwei Eingangsklemmen der Relaiseinheit bewirkt, daß die zweite Vorrichtung eine aktive Vorrichtung und die erste Vorrichtung die Ersatzvorrichtung für die dann aktive zweite Vorrichtung wird;
• - eine mit einer der Eingangsklemmen der Relaiseinheit verbundene erste Schaltung zum Erzeugen eines ersten Prüfsignals (CONTB) und dessen Zufuhr an eine Eingangsklemme;
• - eine an die andere der Eingangsklemmen der Relaiseinheit angeschlossene zweite Schaltung zur Erzeugung eines zweiten Prüfsignals (CONTA) und dessen Zufuhr an die andere Eingangsklemme;
• - Erzeugung des ersten Testsignals vor der Erzeugung des zweiten Testsignals und zwar mit einem geeigneten Wert, um die Aktivierung der Relaiseinheit durch das zweite Testsignal zu verhindern;
• - einen an die Eingangsklemmen der Relaiseinheit angeschlossenen Fühlerschaltkreis, der bei Anwesenheit der Testsignale auf die an den genannten Klemmen auftretenden Signale anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, welches den Betriebszustand der Relaiseinheit anzeigt;
• - wenigstens zwei Relaisschaltern in der Relaiseinheit, von denen jeder zwei entsprechende Eingangsklemmen hat;
• - Anschluß des ersten Schaltkreises an eine erste der Eingangsklemmen aller Relaisschalter;
• - Anschluß des zweiten Schaltkreises an die zweite der Eingangsklemmen aller Relaisschalter; und
• - zwei Fühlerschaltkreise im Fühlerschaltkreis, von denen einer mit einem Eingang der Relaisschalter und der andere mit dem anderen Eingang der Relaisschalter verbunden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Prozeßleitsystems, bei dem die Erfindung benutzt werden kann;
• Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Prozeßreglers mit I/O-Modulen, in denen die Erfindung eingesetzt werden kann;
• Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Eingabe/Ausgabe-Moduls (I/O) mit der Einrichtung gemäß der Erfindung;
• Figur 4 zeigt ein funktionelles Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung;
• Figur 5 zeigt ein funktionelles Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung;
• Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild der zum Steuern und Prüfen des Relaisschaltkreises dienenden Schaltung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
• Figur 7 zeigt den zeitlichen Verlauf des zum Prüfen des Relaisschaltkreises dienenden Testmusters;
• Figur 8 zeigt ein Schaltbild eines Bewertungsschaltkreises, welcher beim Überprüfen des Relaisschaltkreises Anwendung findet; und
• Figur 9 zeigt ein Zustandsdiagramm des Bewertungsschaltkreises nach Figur 8.
Einzelbeschreibung
• Vor der Beschreibung der Einrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung erscheint es nützlich, die Systemumgebung zu verstehen, in der die Einrichtung Anwendung finden kann. In Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Prozeßleitsystems 10 wiedergegeben, in dem die Einrichtung gemaß der Erfindung vorgesehen sein kann. Das Prozeßleitsystem 10 umfaßt ein Betriebsleitnetzwerk 11, innerhalb dessen ein Prozeßregler 20 über ein Universalsteuernetzwerk (UCN) 14 mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul (NIM) 602 und über diesen mit dem Prozeßleitnetzwerk 11 verbunden ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel des Prozeßleitsystems 10 können weitere Prozeßregler 20 über ein entsprechendes UCN 14 und NIM 602 mit dem Prozeßleitnetzwerk 11 in Verbindung stehen. Der Prozeßregler 20 vermittelt analoge Eingangs- und Ausgangssignale sowie digitale Eingangs- und Ausgangssignale (A/I, A/O, D/I, bzw. D/O) von verschiedenen nicht- dargestellten Feldgeräten, z.B. Ventilen, Druckschaltern, Drucksonden und Thermoelementen, an das Prozeßleitsystem 10.
• Das Betriebsleitnetzwerk 11 dient der Gesamtüberwachung eines gesteuerten Prozesses, und zwar in Zusammenarbeit mit einer Betriebsbedienungsperson, und erhält alle zur Ausübung der Überwachungsfunktionen erforderlichen Informationen und umfaßt ferner eine Schnittstelle mit der Bedienungsperson. Das Betriebsleitnetzwerk 11 umfaßt mehrere physikalische Module einschließlich einer universellen Bedienstation (US) 122, einem Anwendungsmodul (AM) 124, einem Archivmodul (HM) 126, einem Rechnermodul (CM) 128, sowie weiteren Exemplaren dieser Module sowie nicht-dargestellter zusätzlicher Modultypen, sofern diese für die erforderliche Steuer/Überwachungsfunktion des Prozesses nötig sind. Jeder dieser physikalischen Module ist operativ an ein lokales Steuernetzwerk (LCN) 120 angeschlossen, welches die notwendige Kommunikation zwischen diesen Modulen ermöglicht. Der Netzwerkschnittstellenmodul NIM 602 bildet die Schnittstelle zwischen dem lokalen Steuernetzwerk LCN 120 und dem universellen Leitnetzwerk UCN 14. Eine ausführlichere Beschreibung des Betriebsleitnetzwerkes 11 und der physikalischen Module ist dem US-Patent 4 607 256 entnehmbar.
• Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des Prozeßreglers 20 mit der Einrichtung gemäß der Erfindung. Der Prozeßregler 20 umfaßt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Prozeßleitsystems einen Regler A 30 sowie einen Regler B 40, die effektiv als Primär- und Sekundärregler arbeiten. Der Regler A 30 und der Regler B 40 sind an das UCN 14 angeschlossen, welches beim bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Gründen der Kommunikationsredundanz ein Universalsteuernetzwerk (A) 14A sowie ein UCN (B) 14B umfaßt. Ein/Ausgabe-(I/O)-Module 21 stellen die Schnittstelle zu Feldgeräten dar, zu denen verschiedene Ventile, Druckschalter, Druckmesser, Thermoelemente und dergleichen gehören, die analoge Eingangssignale (A/I), analoge Ausgangssignale (A/O), digitale Eingangssignale (D/I) sowie digitale Ausgangssignale (D/O) haben können. Der Regler A 30 steht mit jedem Einlausgabemodul 21 über einen Bus A 22 sowie einen Bus B 23 in Verbindung, während der Regler B 40 an jeden Ein/Ausgabemodul 21 über den Bus A 22 und den Bus B 23 angeschlossen ist.
• Die Regler A 30 und B 40 können miteinander über drei Medien kommunizieren, nämlich das UCN 14, eine Verbindung 13 zwischen den Reglern sowie die Busse A 22 und B 23, wobei die Busse A und B im bevorzugten Ausführungsbeispiel serielle Ein/Ausgabeverbindungen sind. Einer der Regler (der Regler A 30 oder der Regler B 40) arbeitet als Primärregler und der andere als Sekundärregler, wobei er mehr in einem Reservemodus als in einem Stützmodus betrieben wird, indem beim Auftreten eines Fehlers im Regler A 30 der Regler B bereit ist, die Steuerfunktion praktisch ohne Start- oder Initialisierungszeit zu übernehmen. Auf einer vorgegebenen Zeitbasis erfolgt durch den als Primärregler bezeichneten Regler ein punktweises Abarbeiten, der hierzu mit den I/O-Modulen 21 kommuniziert. Außerdem tritt der als Primärregler tätige Regler mit dem Betriebsleitnetzwerk 11 in Austausch und berichtet Zustand sowie Vergangenheit und empfängt Eingangssignale vom Betriebsleitnetzwerk, wie beispielsweise Befehle von der Bedienungsperson über die Universalstation 122. Ferner wird die vom Primärregler aufrechterhaltene Datenbasis über die Leitung 13 dem Sekundärregler zugeleitet. Wie oben erwähnt, arbeitet einer der Regler als Sekundärregler. Es ist jedoch ersichtlich, daß kein Sekundärregler für den Prozeßregler 20 gebraucht wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sekundärregler eine Option.
• Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Einlausgabemoduls. Eine Transceiver-Schaltung 201 gegen Signalverwaschungen (Jabber) ist an Bus A 22 sowie Bus B 23 angeschlossen. Die Transceiver-Schaltung 201 ist andererseits mit einem Mikroregler 202 verbunden, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel vom Typ Intel 80C31 ist. Der Mikroregler steht mit einem lokalen Bus 203 in Verbindung und umfaßt einen EPROM-Speicher 204, und ein RAM-Speicher 205 ist ebenfalls an den lokalen Bus 203 angeschlossen. Der RAM-Speicher 205 enthält die Informationen, welche die Datenbasis für den I/O-Modul 21 bilden. Der EPROM 204 enthält die vom Mikroregler 202 benutzten Programminformationen. Weiterhin ist an den Bus 203 ein Eingangspuffer 206 angeschlossen, welcher die Ein/Ausgabeverbindungsadreßinformationen sowie Zustandseingangssignale empfängt. Der Ausgangspuffer 208 ist auch an den lokalen Bus 203 angeschlossen.
• Anwendungsspezifische Schaltkreise 209 stehen ebenfalls mit dem lokalen Bus 203 in Verbindung und somit auch mit den Eingangs- und Ausgangspuffern 206, 208 sowie dem Mikroregler 202. Die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209 variieren von I/O-Modul zu I/O-Modul abhängig vom Feldgerät, mit dem der I/O-Modul gekoppelt ist. Braucht das Feldgerät digitale Eingangssignale, so enthält der anwendungsspezifische Schaltkreis 209 die Logik, um die digitalen Eingangssignale in einem vorgegebenen Format anzubieten, welches zum Rest des I/O-Moduls paßt. Braucht das Feldgerät ein analoges Eingangssignal, so enthält der anwendungsspezifische Schaltkreis eine Logik, welche das analoge Eingangssignal (über einen A/D-Umsetzer) in ein mit den vorgegebenen Formaten verträgliches Format umsetzt. Auf diese Weise werden die I/O-Module als spezifische I/O-Module bezeichnet. Der Mikroregler 202 bewerkstelligt die I/O-Verarbeitung oder Vorverarbeitung für die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209. Die Vorverarbeitung wird sich für jeden I/O-Modul 21 in Abhängigkeit vom Typ (z.B. A/I, A/O, ...) ändern, wobei diese Vorverarbeitung im wesentlichen aus der Umwandlung der Signale aus den anwendungsspezfischen Schaltkreisen in ein Format besteht, welches mit dem Regler 30, 40 kompatibel ist, bzw. in der Umsetzung der Signale vom Regler 30, 40 in ein Format, welches mit dem I/O-Modul 21 verträglich ist. Die Vorverarbeitung umfaßt Nullpunktdrift, Linearisierung (Linearisierung von Thermoelementen), Hardwarekorrektur, Kompensation (Verstärkungs- und Null-Kompensation), Bezugsverbindungs-Kompensation, Kalibrierkorrektur, Umwandlungen, Prüfung auf Alarme (Grenzen), sowie Erzeugen eines Signals in einem vorgegebenen Format mit vorgegebener Skalierung (z.B. technische Einheiten, standardisierte Einheiten, Prozent vom Skalenumfang, ...). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sieben Arten von anwendungsspezifischen Schaltkreisen vorgesehen, einschließlich einem Hochpegel-Analogeingang, einem Niedrigpegel- Analogeingang, einem Analogausgang, einem digitalen Eingang, einem digitalen Ausgang, einem intelligenten Transmitterinterface sowie einem Eingangsimpulszähler.
• In Figur 4 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung wiedergegeben. Der Prozeßregler 20 umfaßt wie gesagt Regler A 30 und B 40, welche an die Ein/Ausgabeverbindung 22, 23 angeschlossen sind. Ebenfalls hieran angeschlossen sind die I/O-Module 21, welche nachfolgend als Eingangs/Ausgangsprozessor IOP bezeichnet werden. Bei einem redundanten Schema der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde der I/O-Modul 21 mit analogem Ausgang verdoppelt, was in Figur 4 mit AO(A) 21-A bzw. AO(B) 21-B dargestellt ist. Wie erwähnt, sind weitere I/O-Module an die I/O-Verbindung 22, 23 angeschlossen, aber der Einfachheit halber nicht dargestellt, um die Beschreibung auf das Redundanzmerkmal der Erfindung zu konzentrieren. Jeder Ein/Ausgabeprozessor enthält einen Prozessor 202-A und 202-B. Der I/O-Prozessor AO(A) und der I/O-Prozessor AO(B) sind beide an ein Feldgerät (D) 250 angeschlossen und zwar über eine Feldanschlußvorrichtung (FTA) 251. In diesem Fall ist das Feldgerät ein Ventil oder dergleichen. Beide I/O-Prozessoren AO(A) 21-A und AO(B) 21-B haben dieselbe Aufgabe und geben dieselbe Information an die Feldanschlußvorrichtung (FTA) 251 aus, sofern kein Fehler in einem der I/O-Prozessoren auftritt. Es wird jedoch nur das Ausgangssignal eines I/O-Prozessors an das Feldgerät 250 weitergegeben. Dies wird nunmehr beschrieben.
• Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der eine I/O-Prozessor als Hauptoder Primärprozessor und der andere als Stütz- oder redundanter Prozessor bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist der Prozessor AO(A) 21-A der Hauptprozessor, der mit dem Feldgerät 250 in Verbindung steht, und der Prozessor AO(B) 21-B ist der redundante Prozessor. Beide I/O-Prozessoren liefern Informationen einer Stromquelle 211-A, 211-B. Die Ausgangsinformation wird über eine entsprechende Diode 212-A, 212-B an einen gemeinsamen Punkt 252 gegeben, eine Klemme, die bisweilen als Kundenanschluß bezeichnet wird. Ein gemeinsamer Schaltungspunkt zwischen der Stromquelle 211-A und der Diode 212-A des I/O-Moduls AO(A) 21-A wird an einen ersten Kontakt eines Relais 253 angeschlossen, und ein zweiter Schaltungspunkt zwischen der Stromquelle 211-B und der Diode 212-B des I/O-Moduls AO(B) 21-B ist an einen zweiten Kontakt des Relais 253 geführt. Der Kontaktarm des Relais 253 liegt an Masse und bei fehlendem Strom in der Spule 254 am zweiten Kontakt des Relais 253, so daß der Ausgang der zweiten Stromquelle 211-B des I/O-Moduls AO(B) 21-B nach Masse kurzgeschlossen ist. Auf diese Weise wird nur die Ausgangsfunktion des I/O-Moduls AO(A) 21-A an das Feldgerät 250 gelegt. Im Falle eines Fehlers des I/O-Moduls AO(A) 21-A schaltet das Relais so um, daß der Ausgang des I/O-Moduls AO(A) 21-A nach Masse kurzgeschlossen wird, und der Ausgang des redundanten I/O-Prozessors AO(B) 21-B unmittelbar an die Kundenklemme 252 und damit an das Feldgerät 250 geführt ist. Die Umschaltung des Relais 253 erfolgt durch Aktivieren seiner Erregerspule 254. Die Steuerung der Spule wird nachfolgend beschrieben.
• Jede Art von I/O-Prozessor kann eine Vielzahl von Interfacesignalen verarbeiten, wobei der analoge Ausgangsmodul AO acht analoge Einrichtungen bedienen kann. Figur 5 zeigt das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein erster AO-Modul IOP(A), AO(A) 21-A hat eine erste Gruppe von Ausgänge 1 bis 8, welche mit 11A, 21A bis 81A bezeichnet sind, sowie eine entsprechende zweite Gruppe von Ausgängen, die mit 12A, 22A bis 82A benannt sind. Ein zweiter AO-Modul, d.h. der redundante Modul IOP(B) AO(B) 21-B hat ebenfalls eine erste Gruppe von Ausgängen 11B, 21B bis 81B sowie eine entsprechende zweite Gruppe von Ausgängen 12B, 22B bis 82B. Die Ausgänge der Ein/Ausgabeprozessoren IOP sind nach dem Schema XY-Z bezeichnet. Dabei bedeutet X die Nummer der Ausgangsklemme 1 bis 8, für Y = 1 wird die erste Gruppe von Ausgängen genannt, wobei alle diese Ausgänge an den Kundenanschluß eines Gerätes D1, D2 bis D8 angeschlossen sind. Für Y =2 wird die zweite Gruppe genannt, wobei jede zweite Gruppe an eine Gruppe von Kontakten des Relais 253 angeschlossen ist. Z ist entweder ein A- oder AB-Ein/Ausgabeprozessor IOP(A) bis IOP(B). Die zweite Gruppe von Ausgängen führt zum ersten Anschluß eines Relais für IOP(A), und die zweite Gruppe von Ausgängen für IOP(B) geht an einen entsprechenden zweiten Kontakt des Relais 257. Bei nicht-aktivierter Relaisspule sind somit alle zweiten Gruppen von Ausgängen der Ein/Ausgabeprozessoren IOP(B) nach Masse kurzgeschlossen, und alle zweiten Gruppen von Ausgängen der Ein/Ausgabeprozessoren IOP(A) sind an den ersten Kontakt des entsprechenden Relais angeschlossen, welcher offen ist und damit den Ausgangsstrom an der ersten Gruppe von Ausgangsklemmen des Ein/Ausgabeprozessors IOP(A) (11A, 21A, bis 81A) an das entsprechende Feldgerät 250 liefern kann. Die im Handel erhältlichen Relais haben vier Gruppen von Kontakten, welche von einer einzigen Spule gesteuert werden. Wie in Figur 5 gezeigt, werden zwei Relaisschaltkreise 253-1 und 253-2 für die Steuerung des Anschlusses von acht Ausgangsströmen an acht Analoggeräte verwendet.
• Normalerweise sind die Relais so geschaltet, daß der Ein/Ausgabeprozessor IOP(A) mit dem Feldgerät 250 kommuniziert und der Ein/Ausgabeprozessor IOP(B) sich im Reservemodus befindet, d.h. seine Ausgänge sind für das Relais 253-1, 253-2 mit Bezugspotential verbunden. Verständlicherweise kann das System und insbesondere der Relaisschaltkreis 253 in dieser Konfiguration über längere Zeit wie ein Jahr, zehn Jahre oder vielleicht zwanzig Jahre verbleiben, ehe ein Wartungstest oder ein Fehler des Ein/Ausgabeprozessors IOP(A) auftritt. Zu diesem Zeitpunkt muß der Ein/Ausgabeprozessor IOP(B) mit dem Feldgerät kommunizieren und zwar als Folge davon, daß der Relaisschaltkreis 253 derart umschaltet, daß die erste Gruppe von Kontaktpunkten der acht Gruppen von Relaiskontakten nach Bezugspotential kurzgeschlossen wird. Dies erreicht man durch Aktivieren der Relaisspulen 254-1 und 254-2, wodurch der bewegliche Kontakt umschaltet. Sollte eine Kontaktgruppe nicht schalten, so ließe sich die Auswirkung auf den zu steuernden Prozeß noch in den Griff bekommen. Sollte jedoch die Spule oder die Spulen nicht arbeiten, so daß vier Gruppen von Kontakten oder acht Gruppen von Kontakten nicht umschalten, so könnte die Auswirkung auf den zu steuernden Prozeß katastrophal sein. Es ist folglich erwunscht, die Relaisspule ohne Unterbrechung des Betriebs des gesteuerten Prozesses zu überprüfen, d.h. ohne Umschalten des Kontaktarms.
• In Figur 6 ist ein Blockschaltbild der für die Steuerung und Überprüfung des Relaisschaltkreises dienenden Schaltung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Um den diagnostischen Test zu bestehen, müssen beide Relaisspulen arbeitsfähig sein. Die Relaisspule 254-1 ist an die Treiber 301, 302 und die Relaisspule 254-2 an die Treiber 401, 402 angeschlossen. Der Treiber 301 für die erste Relaisspule 254-1 sowie der Treiber 401 für die zweite Relaisspule 254-2 sind beide an eine Ausgangsklemme A1 des Ein/Ausgabeprozessors IOP(A) angeschlossen. Der Treiber 302 für die erste Relaisspule 254-1 sowie der Treiber 402 für die zweite Relaisspule 254-2 sind gemeinsam an eine Ausgangsklemme B1 des Ein/Ausgabeprozessors IOP(B) geführt. Die Ausgangsklemme A1 des IOP(A) liefert ein Prüfsignal CONTA an die entsprechenden Treiber, und die Ausgangsklemme B1 des IOP(B) liefert ein Testmuster CONTB an die entsprechenden Treiber. Die Testmuster werden unten noch beschrieben. Die Relaisspulen sind ferner an Empfängerschaltungen angeschlossen und zwar die Relais 254-1 an die Empfängerschaltung 311, 312 und die Relaisspule 254-2 an die Empfängerschaltung 411, 412. Die Empfängerschaltung 311 von der ersten Relaisspule und der Ausgang der Empfängerschaltung 412 von der zweiten Relaisspule sind an eine erste Bewertungsschaltung (v)261-1 angeschlossen, und der Ausgang der Empfängerschaltung 212 von der ersten Relaisspule sowie der Ausgang der Empfängerschaltung 412 von der zweiten Relaisspule sind an eine zweite Bewertungsschaltung (v)261-2 angeschlossen. Der Ausgang des ersten Bewertungsschaltkreises ist an die Eingangsklemme B2 des Ein/Ausgabeprozessors IOP(B) und der Ausgang des zweiten Bewertungsschaltkreises 261-2 an eine Klemme A2 des I/O-Prozessors IOP(A) angeschlossen.
• Wenn die Relaisspulen überprüft werden sollen, setzt der Regler A30 (bzw. der Regler B40, falls dieser als Primärregler arbeitet) einen Befehl an die Ein/Ausgabeprozessoren IOP(A) und IOP(B) zum Beginn des Testvorgangs ab. IOP(A) und IOP(B) liefern von den Ausgangsklemmen A1 und B1 Testmuster an die Relaisspulen, und die Ergebnisse werden an den Eingangsklemmen A2 und B2 der entsprechenden Ein/Ausgabeprozessoren IOP überwacht. Als Ergebnis können die Ein/Ausgabeprozessoren ein positives oder negatives Testergebnis feststellen. Infolge des Ingangsetzens der Überprüfung durch den Regler 30 werden die Ein/Ausgabeprozessoren IOP(A) und IOP(B) praktisch synchronisiert, und die Testmuster sind genügend lang, um etwaige Toleranzen zu berücksichtigen.
• Figur 7 zeigt ein Zeitdiagramm der zum Testen des Relaisschaltkreises benutzten Testmuster. Dabei werden insbesondere die Relaisspulen des Relaisschaltkreises überprüft, weil die Hauptsorge ein Ausfall der Relaisspulen ist. Anfänglich haben die Testsignale CONTA und CONTB niedriges Potential. Zur Zeit 1 schaltet CONTB auf hohes Potential. Als Ergebnis wird dieses Signal vom Treiber 302, 402 durch die Relaisspule 254-1 und 254-2 sowie die Empfänger 311, 411 an die entsprechenden Eingänge der ersten Bewertungsschaltung 261-1 gelegt. Somit schaltet der Eingang des I/O-Prozessors IOP(A) an der Eingangsklemme A2 auf hohes Potential. Der Ausgang der zweiten Bewertungsschaltung 261-2 bleibt auf niedrigem Potential, weil beide Eingänge des zweiten Bewertungsschaltkreises auf niedrigem Potential liegen und zwar mangels eines Ausgangssignals von CONTA. Zur Zeit 2 gibt IOP(A) ein Signal CONTA auf hohem Pegel aus, welches an die Treiber 301, 401 gelangt. Dieses Signal wird dann über die entsprechenden Relaisspulen an die Empfänger 312, 412 an die entsprechenden Eingänge des zweiten Bewertungsschaltkreises 261-2 gelegt. Da beide Eingänge des zweiten Bewertungsschaltkreises auf hohem Potential liegen, schaltet der Ausgang auf hohes Potential, wodurch der Eingang für die zweite Klemme B2 des IOP(B) hohes Potential annimmt. Wäre eine der Relaisspulen unterbrochen, so erkennt der Fachmann, daß das Testmuster dem obigen Verhalten nicht folgen würde. Als Ergebnis würden die Ein/Ausgabeprozessoren feststellen, daß das erwartete Ergebnis nicht erzielt würde, und sie würden deshalb einen Fehler anzeigen. Zur Zeit 3 geht das Signal CONTA auf niedrigen Pegel über, wodurch auch der Ausgang des zweiten Bewertungsschaltkreises 261-2 auf niedriges Potential umschaltet. Gleiches gilt für das der Eingangsklemme B2 des IOP(B) zugeführte Signal. Schließlich geht zur Zeit 4 das Ausgangssignal von CONTB auf einen niedrigen Wert. Durch Messen des Pegels am Eingang A2 und am Eingang B2 zur Zeit 0, Zeit 10, Zeit 20, Zeit 30 und Zeit 40 können mögliche Schaltkreisfehler festgestellt werden.
• Auf diese Weise sind beide Relaisspulen überprüft worden. Da das Ausgangssignal CONTB auf hohem Pegel liegt, schalten die Kontakte niemals um, weil für ein Umschalten der Kontakte CONTA hoch und CONTB niedrig sein muß. Da die Kontakte nicht schalten, wird der normale Betrieb, d.h. werden die Ausgangssignale der Ein/Ausgabeprozessoren, welche den Kundenanschluß ansteuern, nicht unterbrochen und diese laufen wie üblich weiter. Der Fachmann erkennt, daß verschiedene Testkurvenformen oder Testmuster im Rahmen des oben beschriebenen Konzepts benutzt werden können.
• Figur 8 zeigt das Schaltbild der beim Überprüfen der Relaisspulen 254 gemäß Figur 7 benutzten Bewertungsschaltung 261. Ein Vergleicher 270 wird verwendet, und bei geeigneter Wahl der Widerstände erzielt der Bewertungsschaltkreis 261 ein Zustandsdiagramm gemäß Figur 9. Der Bewertungsschaltkreis ist derart aufgebaut, daß eine bestimmte Speicherwirkung oder Hysterese im Schaltkreis vorhanden ist, so daß das Ausgangssignal solange gleich bleibt, bis beide Eingänge umgeschaltet sind.
• Während ein als bevorzugt angesehenes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist festzustellen, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb beabsichtigt, in den beigefügten Ansprüchen auch alle solchen Änderungen und Modifikationen zu erfassen, welche in den wahren Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Erkennen von Relaisfehlern mit wenigstens einer an ein entsprechendes Feldgerät (250) operativ angeschlossenen Ausgabevorrichtung (21A), wobei jeder Ausgabevorrichtung eine an das gleiche Feldgerät operativ angeschlossene redundante Ausgabevorrichtung (21B) sowie eine Umschaltvorrichtung zugeordnet ist, um bei einem Fehler der Ausgabevorrichtung die redundante Ausgabevorrichtung einzuschalten,und wobei die Einrichtung gekennzeichnet ist durch

a) wenigstens eine erste Stromquelle (211A) zur Lieferung eines Stroms, wobei jede erste Stromquelle an die entsprechende Ausgangsklemme der ersten Ausgabevorrichtung (21A) angeschlossen ist und der von jeder ersten Stromquelle gelieferte Strom die von jeder entsprechenden Ausgangsklemme der Ausgabevorrichtung (21A) abgegebene Information enthält;

b) wenigstens eine zweite Stromquelle (211B) zur Lieferung eines Stroms, wobei jede zweite Stromquelle an die entsprechende Ausgangsklemme der redundanten Ausgabevorrichtung (21B) angeschlossen ist und der von jeder zweiten Stromquelle gelieferte Strom die von jeder entsprechenden Ausgangsklemme der redundanten Ausgabevorrichtung (21B) abgegebene Information enthält;

c) wenigstens eine erste Diode (212A), die an die entsprechende erste Stromquelle (211A) sowie an entsprechende erste Anschlußklemmen (11A) angeschlossen ist und wobei jede Verbindung zwischen der ersten Diode und der entsprechenden ersten Stromquelle jeweils an entsprechende zweite Anschlußklemmen (12A) angeschlossen ist;

d) wenigstens eine zweite Diode (212B), die an die entsprechende zweite Stromquelle (211B) sowie an entsprechende erste redundante Anschlußklemmen (11B) angeschlossen ist und wobei jede Verbindung zwischen der zweiten Diode und der entsprechenden zweiten Stromquelle jeweils an entsprechende zweite redundante Anschlußklemmen (12B) angeschlossen ist, und wobei ferner jede erste redundante Anschlußklemme (11B) mit der entsprechenden ersten Anschlußklemme (11A) sowie mit dem entsprechenden Feldgerät (250-1, 250-2,... 250-8) verbunden ist, wodurch ein Leitungsweg für die Zufuhr von Informationen von den Ausgangsklemmen der Ausgabevorrichtung und den Ausgangsklemmen der redundanten Ausgabevorrichtung an die entsprechenden Feldgeräte hergestellt wird;

e) mehrere Schaltvorrichtungen (253) mit ersten und zweiten Kontaktstellen (256, 257), wobei jede der zweiten Gruppe von Ausgangsklemmen (12A, 22A ... 82A) der Ausgabevorrichtung an eine entsprechende erste Kontaktstelle (256-1, 256-2 ... 256-8) sowie die zweite Gruppe von Ausgangsklemmen (12B, 22B ... 82B) der redundanten Ausgabevorrichtung an die entsprechende zweite Kontaktstelle (257-1, 257-2 ... 257-8) operativ angeschlossen ist; und

f) an die Ausgabevorrichtung (21A) sowie die redundante Ausgabevorrichtung (21B) operativ angeschlossene Aktivierungsmittel (254) zum Aktivieren der mehreren Schalteinrichtungen beim Auftreten eines Steuersignals von der Ausgabevorrichtung und der redundanten Ausgabevorrichtung, so daß die von den Ausgangsklemmen der Ausgabevorrichtung gelieferte Information oder die von den Ausgangsklemmen der redundanten Ausgabevorrichtung gelieferte Information durch die Schalteinrichtung vorbeigeleitet und die nicht vorbeigeleitete Information dem entsprechenden Feldgerät zugeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:

a) zwischen die Aktivierungseinrichtung und die Ausgabevorrichtung (21A) sowie die redundante Ausgabevorrichtung (21B) eingeschaltete Treibermittel zum Weitergeben der Steuersignale an die Aktivierungseinrichtung; und

b) zwischen die Aktivierungseinrichtung und die Ausgabevorrichtung (21A) und die redundante Ausgabevorrichtung (21B) eingeschaltete Empfangsmittel zur Ausgabe der von den Antriebsmitteln empfangenen Steuersignale.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner einen an die Empfangseinrichtung operativ angeschlossenen Bewertungsschaltkreis aufweist, der ein Ergebnissignal abgibt, welches anzeigt, daß alle Eingangssignale ihren Zustand geändert haben und wobei das Ergebnissignal an die Ausgabevorrichtung sowie an die redundante Ausgabevorrichtung geliefert wird.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Vielzahl von Gruppen einpoliger Umschaltrelaiskontakte aufweist.

5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsvorrichtung wenigstens eine Relaisspule umfaßt, wobei jede Relaisspule den Betrieb mehrerer Relaiskontaktgruppen steuert.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Prüfvorrichtung für die Betriebsfähigkeit eines Schaltrelaiskreises (254-1, 254-2) während des Betriebs der Relaiseinheiten in einer Anlage, wobei die Einrichtung umfaßt:

- zwei Vorrichtungen (21A, 21B), an welche die Relaiseinheit angeschlossen ist, um eine erste der Vorrichtungen in der Anlage als aktive Vorrichtung arbeiten zu lassen und die zweite der Vorrichtungen in der Anlage als Ersatzvorrichtung für die erste Vorrichtung arbeiten zu lassen, wobei eine Betätigung der Relaiseinheit durch Zufuhr von Steuersignalen an zwei Eingangsklemmen der Relaiseinheit bewirkt, daß die zweite Vorrichtung eine aktive Vorrichtung und die erste Vorrichtung die Ersatzvorrichtung für die dann aktive zweite Vorrichtung wird;

- eine mit einer der Eingangsklemmen der Relaiseinheit verbundene erste Schaltung (21B) zum Erzeugen eines ersten Prüfsignals (CONTB) und dessen Zufuhr an eine Eingangsklemme;

- eine an die andere der Eingangsklemmen der Relaiseinheit angeschlossene zweite Schaltung (21A) zur Erzeugung eines zweiten Prüfsignals (CONTA) und dessen Zufuhr an die andere Eingangsklemme;

- Erzeugung des ersten Testsignals vor der Erzeugung des zweiten Testsignals und zwar mit einem geeigneten Wert, um die Aktivierung der Relaiseinheit durch das zweite Testsignal zu verhindern;

- einen an die Eingangsklemmen der Relaiseinheit angeschlossenen Fühlerschaltkreis (261-1, 261-2), der bei Anwesenheit der Testsignale auf die an den genannten Klemmen auftretenden Signale anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, welches den Betriebszustand der Relaiseinheit anzeigt;

- wenigstens zwei Relaisschaltern (254-1, 254-2) in der Relaiseinheit, von denen jeder zwei entsprechende Eingangsklemmen hat;

- Anschluß des ersten Schaltkreises (21B) an eine erste der Eingangsklemmen aller Relaisschalter;

- Anschluß des zweiten Schaltkreises (21A) an die zweite der Eingangsklemmen aller Relaisschalter; und

- zwei Fühlerschaltkreise (261-1, 261-2) im Fühlerschaltkreis, von denen einer mit einem Eingang der Relaisschalter und der andere mit dem anderen Eingang der Relaisschalter verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiseinheit erste (256-1 ... 8) sowie zweite (257-1 ... 8) Gruppen von Kontakten aufweist, wobei die Kontakte der ersten Gruppe an entsprechende Ausgangsklemmen (12A ... 82A) der ersten Vorrichtung (21A) und die Kontakte der zweiten Gruppe an entsprechende Ausgangsklemmen (12B ... 82B) der zweiten Vorrichtung angeschlossen sind; und

die Relaiseinheit selektiv das Anlegen der einen Kontaktgruppe bewirkt, um die eine Vorrichtung als aktive Vorrichtung und die andere Vorrichtung als Ersatzvorrichtung arbeiten zu lassen.

8. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung zum Erkennen von Relaisfehlern mit wenigstens einer an ein entsprechendes Feldgerät operativ angeschlossenen Ausgabevorrichtung, wobei jeder Ausgabevorrichtung eine entsprechende redundante Ausgabevorrichtung zugeordnet und diese an das gleiche entsprechende Feldgerät wie die entsprechende Ausgabevorrichtung angeschlossen ist, und mit einem Umschaltkreis, um bei einem Fehler der Ausgabevorrichtung die redundante Ausgabevorrichtung einzuschalten, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch Prüfen der Betriebsfähigkeit der Einrichtung mit den Schritten:

a) Aussenden eines ersten Steuersignals durch die redundante Ausgabevorrichtung, wodurch das Aktivierungselement daran gehindert wird, das Schaltelement umschalten zu lassen;

b) Aussenden eines zweiten Steuersignals durch die Ausgabevorrichtung, wodurch das Steuersignal das Aktivierungselement trotz Ansteuerung durch das erste Steuersignal aktiviert;

c) Beobachten wenigstens eines vom Aktivierungselement zur redundanten Ausgabevorrichtung zurückkommenden resultierenden Signals, um dieses mit einem erwarteten Ergebnis zu vergleichen und dadurch die Betriebsfähigkeit des Aktivierungselements zu verifizieren.