EP0660044B1 - Control device for controlling switching devices - Google Patents
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- EP0660044B1 EP0660044B1 EP93810910A EP93810910A EP0660044B1 EP 0660044 B1 EP0660044 B1 EP 0660044B1 EP 93810910 A EP93810910 A EP 93810910A EP 93810910 A EP93810910 A EP 93810910A EP 0660044 B1 EP0660044 B1 EP 0660044B1
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- state
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
- F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
- F23N2223/08—Microprocessor; Microcomputer
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
- F23N2223/20—Opto-coupler
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2227/00—Ignition or checking
- F23N2227/12—Burner simulation or checking
- F23N2227/16—Checking components, e.g. electronic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
- H01H9/167—Circuits for remote indication
Definitions
- the invention relates to a control device of the type mentioned in the preamble of claim 1.
- Devices of this type are used, for example, for controlling and monitoring the burner and the ignition device for oil and gas fires and for monitoring switches for actuators such as fuel valves and ventilation flaps, with the microprocessor evaluating the information supplied via line voltage-carrying signal lines and issuing corresponding control commands.
- the switch-off capability of the switching devices that switch safety-critical loads such as a fuel valve must be checked frequently in order to be able to detect a malfunction of the switching device before a dangerous situation arises.
- a control device is known from US Pat. No. 4,974,179. Voltages of a burner or boiler to be monitored at relay contacts are transmitted to the inputs of multiplexers via signal lines and optocouplers.
- the optocouplers are used for electrical isolation and for digitizing the voltage signals into binary values "0" or "1". The binary values are transmitted serially from the multiplexers to a microprocessor. An optocoupler is required for each voltage to be monitored.
- a control device for oil burners in which information about the switching states of relay and sensor contacts is transferred to a microprocessor by means of an amplifier.
- the switching states of the relay contacts are fed via signaling lines carrying line voltage to an amplifier which is connected on the output side to an input of the microprocessor, so that the microprocessor must have a number of inputs corresponding to the number of amplifiers.
- Isolators such as e.g. are used for the electrical isolation of the signal lines and the microprocessor.
- Optocoupler or transmitter used. There is one isolator per signal voltage.
- the microprocessor is programmed to perform a number of tests to determine whether a system with switched consumers is actually going through a switch-on phase in the correct way. For this purpose, signals are read in by the microprocessor and compared with setpoints. In the event of a faulty consumer status, the microprocessor switches the consumers off.
- mains voltage-carrying signal lines are connected via optocouplers to an interrogation unit of an AC voltage detector.
- the reporting lines are each connected to the optocoupler via a low-pass filter, which consists of a resistor and a capacitor connected in series with it.
- the switching states of the AC switches are queried and saved via the signal lines.
- the switching states are compared with a target state - open or closed - and then a switch state signal is formed, which contains at least one piece of information - error or no error - in total for all AC switches that occur. It cannot be determined from the switch status signal which AC switch can no longer be switched off, so that a simple display for diagnosis is not possible.
- DE-OS 38 01 952 a device for monitoring a reference voltage is known, in which several analog signals are fed to a microprocessor via a multiplexer and an A / D converter. Electrical isolation is not provided.
- Optocouplers for example, are used as isolators for the electrical isolation of the monitored system from the microprocessor.
- the optocouplers have the disadvantage that they are not fail-safe and have a higher failure rate compared to other electronic components, so that they have to be checked for a signal pretense even in an active operating state in safety-critical applications.
- the electromagnetic compatibility and thus the reliability of the control device decrease with an increasing number of optocouplers. Systems with many signal lines carrying mains voltage can incur high costs as long as an expensive isolating element such as an optocoupler or transmitter and an input pin on the microprocessor must be available per signal line.
- the invention has for its object to design a control device with a control logic device according to the preamble of claim 1 such that it detects the information in the form of low-voltage signals about the state of switching devices that switch loads on or off in a simple and reliable manner , processed and transmitted to the control logic device.
- FIG. 1 shows a control device with a timer and control logic device 1 in the form of a microprocessor. It also contains two switching devices 2.1 and 2.2, two coupling elements 3.1 and 3.2 and a circuit block 4.
- the output of the first switching device 2.1 which switches a load L1 to a mains voltage U PG lying between a phase P and a zero point G, is at the input of the first coupling element 3.1 connected, while the output of the second switching device 2.2, via which a further load L2 is fed by the mains voltage U PG , is connected to the input of the second coupling element 3.2.
- the outputs of the coupling elements 3.1 and 3.2 are connected to inputs 4.1 and 4.2 of the circuit block 4 arranged in parallel, so that the low-voltage signals V 1 and V 2, which are applied to the taps between the switching devices 2.1 and 2.2 and the loads L1 and L2, respectively the coupling elements 3.1 or 3.2, which represent a signal line ML1 or ML2, are transmitted to the circuit block 4 for processing.
- the circuit block 4 is connected to the zero point line G via a line 4a.
- the circuit block 4 is connected to the microprocessor 1 via two control lines 5a and 5b and a serial output DA and a serial data line 6 for transmitting the voltage levels U 1 and U 2 at the inputs 4.1 and 4.2.
- the microprocessor 1 is programmed by a time program to switch the loads L1 and L2 on and off in a specific sequence during the switch-on phase, for example of a gas burner, by means of the switching devices 2.1 and 2.2 and to carry out various processes such as e.g. monitor the formation of a flame and, if necessary, switch off the entire system so that the gas burner is never in a potentially explosive situation.
- the microprocessor 1 also executes a monitoring program for the detection of faulty states of the system to be controlled. In order to determine the state of one of the switching devices 2.1 or 2.2 - open or closed - the microprocessor 1 executes a test cycle which will be explained later.
- test cycles The frequency of the test cycles depends on the intended use of the control device and the corresponding legal regulations or standards. Automatic burner controls that comply with the EN 298 standard must detect a fault within three seconds of their occurrence. A test cycle is therefore typically every 200 milliseconds. In this way it is possible to reliably detect the state of each of the switching devices 2.1 and 2.2 within the prescribed three seconds even if the state of one of the switching devices 2.1 or 2.2 is currently changing during a test cycle.
- the coupling elements 3.1 and 3.2 are used in a manner known per se to rectify and limit the low-voltage signals V 1 and V 2 to the processable input level of the circuit block 4 and to derive overvoltages to the zero point potential G to prevent the circuit block 4 from being destroyed by voltage or current pulses, for which they are connected to the zero point line G in a manner not shown.
- a signal voltage U 1 is thus present at the input 4.1, the shape and / or level of which differ significantly from the DC voltage U 2 present at the input 4.2 with the zero point level G.
- the test cycle for determining the state of the switching devices 2.1 and 2.2 now consists in that the microprocessor 1 at a suitable point in time the signal voltages U 1 and U 2 at the inputs 4.1 and 4.2 of the circuit block 4 corresponding to a predetermined voltage level as binary numbers "0" or "1 "Capture in parallel and then transmitted via the serial output DA of the circuit block 4 and the serial data line 6 itself.
- a number "0" corresponds to an open state
- a number "1” corresponds to a closed state.
- the control device described enables the use of a control logic device 1, in particular a microprocessor, with a number of inputs which can be substantially smaller than the number m of loads L1 to Lm, the associated switching devices 2.1 to 2.m of which must be monitored for their contact position.
- a control logic device 1 in which the control logic device 1 must be galvanically separated from the mains voltage U PG for reasons of safety, there are further advantages with regard to reliability, electromagnetic compatibility and costs in that the control logic device 1 with only a few galvanic isolating elements from the circuit block 4 and can thus also be separated from the mains voltage U PG , so that the number of galvanic isolators can also be significantly smaller than the number m.
- Such a device can also be used as a signaling device for querying the position of switch contacts and displaying them in process systems.
- a microcontroller instead of the microprocessor 1, a microcontroller, a customer-specific circuit (application-specific integrated circuit, ASIC) or a programmable logic (programmable area logic, PAL) can also be used as the control logic device.
- the control device is suitable for operation in a DC voltage as well as in a AC network, whereby the mains voltage U PG can also be in the low voltage range with a typical value of 24 V.
- the control device has a circuit block 4, which consists of two shift registers 7.1 and 7.2 and a synchronization device 8. For the sake of clarity, only the switching devices 2.1 and 2.2 and the coupling elements 3.1, 3.2, 3.8, 3.9 and 3.16 are drawn.
- the shift registers 7.1 and 7.2 have eight parallel inputs 4.1 to 4.8 or 4.9 to 4.16 as well as a serial data input DE and a serial data output DA.
- optocouplers 9, 10 and 11 are arranged, which serve for the galvanic isolation between the microprocessor 1 and the circuit block 4 which is subject to mains voltage.
- the optocouplers 9 and 10 are followed by a NAND gate 9a and 10a for level reversal.
- MM74HC165 modules can be used as shift registers 7.1 and 7.2, which have a clock input CL, a clock inhibit input INH and a shift / load input SH / LD to control data acquisition and data output. The procedure is described in "MM74HC / 74HC High-Speed CMOS Family Databooklet, National Semiconductor Corporation, 1981".
- the synchronization device 8 has two inputs 8a and 8b and one output 8c.
- the input 8a is connected to the output of the NAND gate 9a and the control input INH of the shift registers 7.1 and 7.2.
- the mains voltage U PG is present at input 8b.
- the output 8c is connected to the input SH / LD of the two shift registers 7.1 and 7.2.
- the control line 5b is connected to the input CL of the shift register 7.1 and 7.2.
- the serial output DA of the second shift register 7.2 is connected to the serial input DE of the first shift register 7.1, so that a cascade connection results.
- the switching device 2.1 is in the closed state, so that a sinusoidal AC voltage is present at the input of the coupling element 3.1 as a low-voltage signal V 1.
- the coupling elements 3.1 to 3.16 are designed in a manner known per se as a network of resistors, capacitors, diodes and a Z-diode such that a one-way rectified square wave voltage U 1 appears at the output of the coupling element 3.1 with a level with respect to the zero point G of a few volts, eg 5.7 V.
- the switching device 2.2 is in the open state, so that a DC voltage is present at the input of the coupling element 3.2 as a low-voltage signal V2 its output appears as DC voltage U2 with the zero point level G.
- the synchronizing device 8 has behind its input 8b a coupling element 8d, which is constructed similarly to the coupling elements 3.1 to 3.16, so that a pulsating square-wave voltage U R appears at the output of the coupling element 8d, the phase of which coincides with the square-wave voltage U 1 at the input 4.1 of the shift register 7.1 is coordinated.
- the output of the coupling element 8d is connected to one input of a NAND element 8e, the control line 5a via the input 8a to the other input of the NAND element 8e.
- the output of the NAND element 8e forms the output 8c of the synchronization device 8.
- the inputs of the NAND elements 9a, 10a and 8e are advantageously provided with Schmitt trigger stages in order to obtain a well-defined switching behavior.
- control lines 5a and 5b at the output of the microprocessor 1 are at a low potential, so that the optocouplers 9 and 10 are in the dark state, while the control lines 5a and 5b after the NAND elements 9a and 10a due to the Level reversal has a high potential.
- a state is thus high at the INH input, while a pulsating square-wave voltage U SH / LD appears at the input SH / LD, which is complementary to the square-wave voltage U R.
- the switching device 2.2 Since the switching device 2.2 is open, the voltage U2 is detected according to a logic low potential as a state value "0". In this way, the parallel loading of the shift registers 7.1 and 7.2 always takes place at a point in time when a voltage level of a few volts when one of the switching devices is closed and a voltage level of zero volts with respect to the zero point level G at the inputs 4.1 to when the switching device is open 4.16 concerns.
- the constant data acquisition has the advantage that the current states of the switching devices 2.1 to 2.16 are present at all times in the shift registers 7.1 and 7.2.
- the microprocessor 1 To read out the status values from the shift registers 7.1 and 7.2, the microprocessor 1 sets the control line 5a to a high potential, which means that a high potential is also present at the SH / LD inputs. The data acquisition of shift registers 7.1 and 7.2 is thus blocked. With each shift pulse subsequently sent by the microprocessor 1 via the control line 5b, the detected state values are shifted by one place in the direction of the output DA of the shift registers 7.1 and 7.2. One at the DA output second shift register 7.2 appearing value is thus transmitted via the connecting line to the serial input DE of the first shift register 7.1, a value appearing at the output DA of the first shift register 7.1 is transmitted to the microprocessor 1 via the serial data line 6 and the optocoupler 11.
- the state value of the switching device 2.1 arrives after the first shift command, after the second shift command the state value of the switching device 2.2, etc., until after the 16th shift command, the state value of the switching device 2.16 arrives.
- the test cycle to be carried out by the microprocessor 1 to detect the state of the switching devices 2.1 to 2.16 thus consists of the control commands required to block the data acquisition and to read out the shift registers 7.1 and 7.2.
- the circuit structure with the shift register 7.1 and 7.2 offers the advantage that commercially available standard elements are used, with which the control device can be easily expanded to a cascaded circuit for any number of switching devices.
- the use of the synchronizing device 8 allows a simple design of the coupling elements 3.1 to 3.16, which only have to supply a one-way rectified square wave voltage at their output.
- the memory requirement for programming the test cycle is low, since the test cycle mainly consists of shift commands.
- the synchronization device 8 is a hardware means to ensure that the information contained in the signal voltages U1 to U16 about the state of the switching devices 2.1 to 2.16 is correctly detected. This information could also be obtained in software by multiple queries within a period of one to two network half-waves and an analysis of the values recorded one after the other, so that a synchronization device 8 would not be required.
- Such exemplary embodiments are described in the patent application EP 660 043, which was filed in parallel with the European Patent Office, "Control device for actuating switching devices according to a time program", the text of which is an integral part of this application.
- An input coupling error occurs, for example, when the at the input 4.2 read state value not only from the voltage level at input 4.2, but also from that at another input, e.g. 4.5, the applied voltage level depends.
- the test module 12 has a serial data input, a clock input and one the state of its outputs 12.1 to 12.8 controlling input, which are connected via lines 13, 14 and 15 to the microprocessor 1.
- Parallel outputs 12.1 to 12.8 are connected via lines 16.1 to 16.8 to the corresponding inputs 4.1 to 4.8 of the shift register 7.
- the outputs 12.1 to 12.8 can be switched into a state known to the specialist under the term tristate, in which they are high-resistance and do not influence the state of the lines 16.1 to 16.8 (e.g. U. Tietze and Ch. Schenk, semiconductor circuit technology, 5th edition, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN 3-540-09848-8).
- the inputs 4.1 to 4.8 of the shift register 7 are also connected to the outputs of the coupling elements 3.1 to 3.8, only the coupling element 3.1 being drawn for the sake of clarity. Both the test module 12 and the shift register 7 are connected to the zero point line G.
- the microprocessor 1 In normal operation, the outputs 12.1 to 12.8 of the test module 12 are in the tristate state and do not influence the voltages U1 to U8 at the inputs 4.1 to 4.8.
- the microprocessor 1 carries out a test cycle at certain times.
- the test cycle consists in the microprocessor 1 sending a test pattern, which consists of eight binary values "0" or "1", to the test module 12 via the serial line 13.
- these values are available as high or low potentials at the outputs 12.1 to 12.8 as soon as the microprocessor 1 sets the outputs 12.1 to 12.8 in the conductive state via the control line 15, so that voltage levels U 1 to U 4 with potential values high or low according to the previously sent test pattern at inputs 4.1 to 4.8 of shift register 7.
- the microprocessor 1 now sends further commands to the shift register 7 for detecting the voltage levels U 1 to U 4 present at its inputs 4.1 to 4.8 as binary values and for transmission to it, whereupon it compares the reported binary values with the sent test pattern.
- the microprocessor 1 is programmed to send a number of selected test patterns to the test module 12 and to read them in again via the shift register 7, so that both input coupling errors and hardware errors can be identified. If necessary, the control lines 13, 14 and 15 can be provided with galvanic isolators.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.The invention relates to a control device of the type mentioned in the preamble of
Derartige Einrichtungen werden beispielsweise für die Steuerung und Überwachung des Brenners und der Zündeinrichtung von Öl- und Gasfeuerungen sowie zur Überwachung von Schaltern für Stellglieder wie Brennstoffventile und Lüftungsklappen verwendet, wobei der Mikroprozessor die über netzspannungsführende Meldeleitungen zugeführten Informationen auswertet und entsprechende Steuerbefehle absetzt. Insbesondere wegen der beim Einschaltvorgang und beim Betrieb von Öl- und Gasbrennern geforderten Sicherheit ist die Abschaltfähigkeit der Schalteinrichtungen, die sicherheitstechnisch kritische Lasten wie beispielsweise ein Brennstoffventil schalten, häufig zu überprüfen, um eine Fehlfunktion der Schalteinrichtung erkennen zu können, bevor eine gefährliche Situation entsteht.Devices of this type are used, for example, for controlling and monitoring the burner and the ignition device for oil and gas fires and for monitoring switches for actuators such as fuel valves and ventilation flaps, with the microprocessor evaluating the information supplied via line voltage-carrying signal lines and issuing corresponding control commands. In particular because of the safety required when switching on and when operating oil and gas burners, the switch-off capability of the switching devices that switch safety-critical loads such as a fuel valve must be checked frequently in order to be able to detect a malfunction of the switching device before a dangerous situation arises.
Eine Steuereinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bekannt aus der US 4 974 179. An Relaiskontakten zu überwachende Spannungen eines Brenners oder Boilers werden über Meldeleitungen und Optokoppler an die Eingänge von Multiplexern übertragen. Die Optokoppler dienen zur galvanischen Trennung und zur Digitalisierung der Spannungssignale in binäre Werte "0" oder "1". Die binären Werte werden von den Multiplexern seriell an einen Mikroprozessor übertragen. Für jede zu überwachende Spannung ist ein Optokoppler erforderlich.A control device according to the preamble of
Aus der DE-PS 30 44 047 C2 und der prioritätsälteren DE-PS 30 41 521 C2 ist eine Steuereinrichtung für Ölbrenner bekannt, bei welcher Informationen über die Schaltzustände von Relais- und Sensorkontakten mittels Verstärker in einen Mikroprozessor übertragen werden. Die Schaltzustände der Relaiskontakte sind über netzspannungsführende Meldeleitungen je einem Verstärker zugeführt, der ausgangsseitig mit einem Eingang des Mikroprozessors verbunden ist, so dass dieser eine der Anzahl Verstärker entsprechende Anzahl Eingänge aufweisen muss. Zur galvanischen Trennung der Meldeleitungen und des Mikroprozessors sind Trennglieder wie z.B. Optokoppler oder Übertrager eingesetzt. Dabei ist ein Trennglied pro Signalspannung vorhanden. Der Mikroprozessor ist programmiert, eine Anzahl Prüfungen dahingehend durchzuführen, ob ein System mit geschalteten Verbrauchern tatsächlich in der richtigen Weise eine Einschaltphase durchläuft. Dazu werden vom Mikroprozessor Signale eingelesen und mit Sollwerten verglichen. Bei einem fehlerhaften Verbraucherzustand schaltet der Mikroprozessor die Verbraucher ab.From DE-PS 30 44 047 C2 and the older priority DE-PS 30 41 521 C2 a control device for oil burners is known, in which information about the switching states of relay and sensor contacts is transferred to a microprocessor by means of an amplifier. The switching states of the relay contacts are fed via signaling lines carrying line voltage to an amplifier which is connected on the output side to an input of the microprocessor, so that the microprocessor must have a number of inputs corresponding to the number of amplifiers. Isolators such as e.g. are used for the electrical isolation of the signal lines and the microprocessor. Optocoupler or transmitter used. There is one isolator per signal voltage. The microprocessor is programmed to perform a number of tests to determine whether a system with switched consumers is actually going through a switch-on phase in the correct way. For this purpose, signals are read in by the microprocessor and compared with setpoints. In the event of a faulty consumer status, the microprocessor switches the consumers off.
Weiter sind bei einer aus der DE-OS 41 37 204 bekannten Anordnung zur Überwachung von Wechselstromschaltern netzspannungsführende Meldeleitungen über Optokoppler mit einer Abfrageeinheit eines Wechselspannungsdetektors verbunden. Die Meldeleitungen sind hierbei über je einen Tiefpass, der aus einem Widerstand und einem mit diesem in Reihe geschalteten Kondensator besteht, an den Optokoppler angeschlossen. Über die Meldeleitungen werden die Schaltzustände der Wechselstromschalter abgefragt und gespeichert. In einer der Abfrageeinheit nachgeschalteten Auswerteeinheit werden die Schaltzustände mit einem Sollzustand - offen oder geschlossen - verglichen und danach ein Schalterzustandssignal gebildet, das mindestens eine Information - Fehler oder kein Fehler - gesamthaft für alle vorkommenden Wechselstromschalter enthält. Aus dem Schalterzustandssignal lässt sich nicht ermitteln, welcher Wechselstromschalter allenfalls nicht mehr abschaltbar ist, so dass eine einfache Anzeige zur Diagnose nicht möglich ist.Furthermore, in an arrangement known from DE-OS 41 37 204 for monitoring AC switches, mains voltage-carrying signal lines are connected via optocouplers to an interrogation unit of an AC voltage detector. The reporting lines are each connected to the optocoupler via a low-pass filter, which consists of a resistor and a capacitor connected in series with it. The switching states of the AC switches are queried and saved via the signal lines. In an evaluation unit connected downstream of the interrogation unit, the switching states are compared with a target state - open or closed - and then a switch state signal is formed, which contains at least one piece of information - error or no error - in total for all AC switches that occur. It cannot be determined from the switch status signal which AC switch can no longer be switched off, so that a simple display for diagnosis is not possible.
Aus der DE-OS 38 01 952 ist eine Einrichtung zur Überwachung einer Referenzspannung bekannt, bei der mehrere analoge Signale über einen Multiplexer und einen A/D-Wandler einem Mikroprozessor zugeführt werden. Eine galvanische Trennung ist dabei nicht vorgesehen.From DE-OS 38 01 952 a device for monitoring a reference voltage is known, in which several analog signals are fed to a microprocessor via a multiplexer and an A / D converter. Electrical isolation is not provided.
Als Trennglieder zur galvanischen Trennung des überwachten Systems vom Mikroprozessor werden beispielsweise Optokoppler eingesetzt. Den Optokopplern haftet allerdings der Nachteil an, dass sie nicht fehlersicher sind und eine im Vergleich zu anderen elektronischen Bauteilen erhöhte Ausfallrate haben, so dass sie in sicherheitstechnisch kritischen Anwendungsfällen auch in einem aktiven Betriebszustand auf eine Signalvortäuschung überprüft werden müssen. Weiter nimmt mit zunehmender Zahl der Optokoppler die elektromagnetische Verträglichkeit und damit die Zuverlässigkeit der Steuereinrichtung ab. Bei Systemen mit vielen netzspannungsführenden Meldeleitungen können hohe Kosten entstehen, solange pro Meldeleitung ein teures Trennelement wie ein Optokoppler oder Übertrager und ein Eingangspin am Mikroprozessor vorhanden sein muss.Optocouplers, for example, are used as isolators for the electrical isolation of the monitored system from the microprocessor. However, the optocouplers have the disadvantage that they are not fail-safe and have a higher failure rate compared to other electronic components, so that they have to be checked for a signal pretense even in an active operating state in safety-critical applications. Furthermore, the electromagnetic compatibility and thus the reliability of the control device decrease with an increasing number of optocouplers. Systems with many signal lines carrying mains voltage can incur high costs as long as an expensive isolating element such as an optocoupler or transmitter and an input pin on the microprocessor must be available per signal line.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung mit einer Steuerlogikeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszugestalten, dass sie die in der Form von Niederspannungssignalen anliegende Information über den Zustand von Schalteinrichtungen, die Lasten ein- oder ausschalten, auf einfache und zuverlässige Weise erfasst, aufbereitet und an die Steuerlogikeinrichtung überträgt.The invention has for its object to design a control device with a control logic device according to the preamble of
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.According to the invention, the stated object is achieved by the features of
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Steuereinrichtung zur Betätigung mehrerer Schalteinrichtungen,
- Fig. 2
- eine Steuereinrichtung mit Schieberegistern und einer
- Fig. 3
- Spannungsdiagramme und
- Fig. 4
- eine Steuereinrichtung mit einem Testbaustein.
- Fig. 1
- a control device for actuating a plurality of switching devices,
- Fig. 2
- a control device with shift registers and one
- Fig. 3
- Voltage diagrams and
- Fig. 4
- a control device with a test module.
Die Fig. 1 zeigt eine Steuereinrichtung mit einer Zeitgeber- und Steuerlogikeinrichtung 1 in Gestalt eines Mikroprozessors. Sie enthält weiter zwei Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2, zwei Kopplungsglieder 3.1 und 3.2 und einen Schaltungsblock 4. Der Ausgang der ersten Schalteinrichtung 2.1, die eine Last L1 an eine zwischen einer Phase P und einem Nullpunkt G liegende Netzspannung UPG schaltet, ist mit dem Eingang des ersten Kopplungsgliedes 3.1 verbunden, während der Ausgang der zweiten Schalteinrichtung 2.2, über die eine weitere Last L2 durch die Netzspannung UPG gespeist ist, am Eingang des zweiten Kopplungsgliedes 3.2 angeschlossen ist. Die Ausgänge der Kopplungsglieder 3.1 und 3.2 sind mit parallel angeordneten Eingängen 4.1 und 4.2 des Schaltungsblockes 4 verbunden, so dass die Niederspannungssignale V₁ bzw. V₂, die an den Abgriffen zwischen den Schalteinrichtungen 2.1 bzw. 2.2 und den Lasten L1 bzw. L2 anliegen, über die eine Meldeleitung ML1 bzw. ML2 darstellenden Kopplungsglieder 3.1 bzw. 3.2 zur Verarbeitung an den Schaltungsblock 4 übertragen werden. Der Schaltungsblock 4 ist über eine Leitung 4a mit der Nullpunktsleitung G verbunden. Weiter ist der Schaltungsblock 4 über zwei Steuerleitungen 5a und 5b sowie einen seriellen Ausgang DA und eine serielle Datenleitung 6 zur Übertragung der an den Eingängen 4.1 und 4.2 vorhandenen Spannungspegel U₁ bzw. U₂ zum Mikroprozessor 1 mit diesem verbunden. Die Steuereinrichtung kann auch zur Steuerung von mehr als zwei Lasten ausgebildet sein, z.B. für n = 32 Lasten. Es kann auch sein, dass weitere Lasten vom Mikroprozessor 1 gesteuert sind, ohne dass der Zustand der zugehörigen Schalteinrichtungen überwacht wird, weshalb sie nicht wie die beschriebenen Lasten L1 und L2 mit dem Schaltungsblock 4 verbunden sind.1 shows a control device with a timer and
Der Mikroprozessor 1 ist durch ein Zeitprogramm dahingehend programmiert, während der Einschaltphase beispielsweise eines Gasbrenners mittels der Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 die Lasten L1 und L2 in einer bestimmten Reihenfolge ein- und auszuschalten und verschiedene Vorgänge wie z.B. die Bildung einer Flamme zu überwachen und gegebenenfalls die gesamte Anlage abzuschalten, so dass sich der Gasbrenner zu keinem Zeitpunkt in einer explosionsgefährdeten Situation befindet. Weiter führt der Mikroprozessor 1 im Dauerbetrieb ein Überwachungsprogramm zur Erkennung von Fehlzuständen der zu steuernden Anlage aus. Um den Zustand einer der Schalteinrichtungen 2.1 oder 2.2 - offen oder geschlossen - zu ermitteln, führt der Mikroprozessor 1 einen später noch zu erläuternden Prüfzyklus aus. Die Häufigkeit der Prüfzyklen richtet sich nach dem Verwendungszweck der Steuereinrichtung und den entsprechenden gesetzlichen Vorschriften oder Normen. So müssen Feuerungsautomaten, die der Norm EN 298 genügen, einen Fehler innerhalb einer Zeitdauer von drei Sekunden nach seinem Auftreten erkennen. Ein Prüfzyklus erfolgt deshalb typischerweise alle 200 Millisekunden. Auf diese Weise ist es möglich, den Zustand jeder der Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 auch dann innerhalb der vorgeschriebenen drei Sekunden zuverlässig zu erfassen, wenn sich der Zustand einer der Schalteinrichtungen 2.1 oder 2.2 während eines Prüfzyklusses gerade ändert.The
Bei geschlossenem Zustand der Schalteinrichtung 2.1, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, fliesst ein Strom durch diese Schalteinrichtung 2.1 und die zugehörige Last L1. Am Eingang des Kopplungsgliedes 3.1 liegt deshalb als Niederspannungssignal V₁ eine Wechselspannung an, die im wesentlichen der Netzspannung UPG entspricht. Bei offenem Zustand der Schalteinrichtung 2.2, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, liegt am Eingang des Kopplungsgliedes 3.2 als Niederspannungssignal V₂ eine dem Nullpunkt G entsprechende Gleichspannung an. Die Kopplungsglieder 3.1 und 3.2 dienen in an sich bekannter Weise der Gleichrichtung und der Pegelbegrenzung der Niederspannungssignale V₁ und V₂ an die verarbeitbaren Eingangspegel des Schaltungsblockes 4 sowie der Ableitung von Überspannungen auf das Nullpunktspotential G zur Verhinderung einer Zerstörung des Schaltungsblockes 4 durch Spannungs- oder Stromimpulse, wozu sie auf nicht dargestellte Art mit der Nullpunktsleitung G verbunden sind. Am Eingang 4.1 liegt somit eine Signalspannung U₁ an, deren Form und / oder Pegel sich deutlich unterscheiden von der am Eingang 4.2 anliegenden Gleichspannung U₂ mit dem Nullpunktspegel G.When the switching device 2.1 is closed, as shown in FIG. 1, a current flows through this switching device 2.1 and the associated load L1. At the input of the coupling element 3.1 there is therefore an AC voltage as the low
Der Prüfzyklus zur Bestimmung des Zustandes der Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 besteht nun darin, dass der Mikroprozessor 1 in einem geeigneten Zeitpunkt die Signalspannungen U₁ und U₂ an den Eingängen 4.1 und 4.2 des Schaltungsblockes 4 entsprechend einem vorgegebenen Spannungspegel als binäre Zahlen "0" oder "1" parallel erfassen und anschliessend über den seriellen Ausgang DA des Schaltungsblockes 4 und die serielle Datenleitung 6 an sich übertragen lässt. Eine Zahl "0" entspricht dabei einem Zustand offen, eine Zahl "1" einem Zustand geschlossen.The test cycle for determining the state of the switching devices 2.1 and 2.2 now consists in that the
Die beschriebene Steuereinrichtung ermöglicht die Verwendung einer Steuerlogikeinrichtung 1, insbesondere eines Mikroprozessors, mit einer Anzahl Eingängen, die wesentlich kleiner als die Zahl m der Lasten L1 bis Lm sein kann, deren zugehörige Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.m auf ihre Kontaktstellung hin überwacht werden müssen. Bei Steuereinrichtungen, bei denen die Steuerlogikeinrichtung 1 aus Gründen der Sicherheit galvanisch von der Netzspannung UPG getrennt sein muss, ergeben sich weitere Vorteile bezüglich der Zuverlässigkeit, der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Kosten dadurch, dass die Steuerlogikeinrichtung 1 mit nur wenigen galvanischen Trenngliedern vom Schaltungsblock 4 und damit auch von der Netzspannung UPG trennbar ist, so dass auch die Zahl der galvanischen Trennglieder wesentlich kleiner als die Zahl m sein kann. Bei einem Fehlverhalten einer der Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.m ist eine einfache Anzeige möglich, da die Information über den Zustand jeder der Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.m in der Steuerlogikeinrichtung 1 vorhanden und mit einfachen Mitteln, z.B. mit Leuchtdioden oder mit einem LCD Display, anzeigbar ist.The control device described enables the use of a
Eine solche Einrichtung kann auch als Meldegerät zur Abfrage der Stellung von Schaltkontakten und deren Anzeige in Prozessanlagen eingesetzt werden.Such a device can also be used as a signaling device for querying the position of switch contacts and displaying them in process systems.
Anstelle des Mikroprozessors 1 kann als Steuerlogikeinrichtung auch ein Mikrocontroller, eine kundenspezifische Schaltung (application specific integrated circuit, ASIC) oder eine programmierbare Logik (programmable area logic, PAL) verwendet werden. Die Steuereinrichtung eignet sich sowohl zum Betrieb in einem Gleichspannungs- als auch in einem Wechselstromnetz, wobei die Netzspannung UPG auch im Kleinspannungsbereich mit einem typischen Wert von 24 V liegen kann.Instead of the
Beim Betrieb der Steuereinrichtung in einem Gleichspannungsnetz ist eine Synchronisierung zur Datenerfassung nicht erforderlich, wohl aber beim Betrieb in einem Wechselstromnetz. Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Steuereinrichtung für den Betrieb in einem Wechselstromnetz mit n = 16 Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.16 bzw. Zeitdiagramme der teilweise später erläuterten Spannungen UPG, U₁, U₂, UR und USH/LD. Die Steuereinrichtung weist einen Schaltungsblock 4 auf, der aus zwei Schieberegistern 7.1 und 7.2 und einer Synchronisiereinrichtung 8 besteht. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur die Schalteinrichtungen 2.1 und 2.2 und die Kopplungsglieder 3.1, 3.2, 3.8, 3.9 und 3.16 gezeichnet. Die Schieberegister 7.1 und 7.2 verfügen über acht Paralleleingänge 4.1 bis 4.8 bzw. 4.9 bis 4.16 sowie einen seriellen Dateneingang DE und einen seriellen Datenausgang DA. In den Steuerleitungen 5a und 5b sowie in der Datenleitung 6 sind Optokoppler 9, 10 bzw. 11 angeordnet, die der galvanischen Potentialtrennung zwischen dem Mikroprozessor 1 und dem netzspannungsbehafteten Schaltungsblock 4 dienen. Den Optokopplern 9 und 10 sind ein NAND-Glied 9a bzw. 10a zur Pegelumkehr nachgeschaltet.When operating the control device in a DC voltage network, synchronization for data acquisition is not necessary, but it is required when operating in an AC network. 2 and 3 show a control device for operation in an AC network with n = 16 switching devices 2.1 to 2.16 or timing diagrams of the voltages U PG ,
Als Schieberegister 7.1 und 7.2 können die Bausteine MM74HC165 von National Semiconductor eingesetzt werden, welche zur Steuerung der Datenerfassung und Datenausgabe einen Clock Eingang CL, einen Clock Inhibit Eingang INH und einen Shift / Load Eingang SH/LD besitzen. Die Arbeitsweise ist beschrieben in "MM74HC/74HC High-Speed CMOS Family Databooklet, National Semiconductor Corporation, 1981".National Semiconductor's MM74HC165 modules can be used as shift registers 7.1 and 7.2, which have a clock input CL, a clock inhibit input INH and a shift / load input SH / LD to control data acquisition and data output. The procedure is described in "MM74HC / 74HC High-Speed CMOS Family Databooklet, National Semiconductor Corporation, 1981".
Die Synchronisiereinrichtung 8 weist zwei Eingänge 8a und 8b und einen Ausgang 8c auf. Der Eingang 8a ist mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 9a und dem Steuereingang INH der Schieberegister 7.1 und 7.2 verbunden. Am Eingang 8b liegt die Netzspannung UPG an. Der Ausgang 8c ist mit dem Eingang SH/LD der beiden Schieberegister 7.1 und 7.2 verbunden. Die Steuerleitung 5b ist mit dem Eingang CL der Schieberegister 7.1 und 7.2 verbunden. Der serielle Ausgang DA des zweiten Schieberegisters 7.2 ist mit dem seriellen Eingang DE des ersten Schieberegisters 7.1 verbunden, so dass sich eine Kaskadeschaltung ergibt.The
Die Schalteinrichtung 2.1 befindet sich in geschlossenem Zustand, so dass am Eingang des Kopplungsgliedes 3.1 als Niederspannungssignal V₁ eine sinusförmige Wechselspannung anliegt. Die Kopplungsglieder 3.1 bis 3.16 sind in an sich bekannter Weise als ein Netzwerk von Widerständen, Kondensatoren, Dioden und einer Z-Diode so ausgelegt, dass am Ausgang des Kopplungsgliedes 3.1 eine einweggleichgerichtete Rechteckspannung U₁ erscheint mit einem Pegel bezüglich des Nullpunktes G von einigen Volt, z.B. 5.7 V. Die Schalteinrichtung 2.2 befindet sich in offenem Zustand, so dass am Eingang des Kopplungsgliedes 3.2 als Niederspannungssignal V₂ eine Gleichspannung anliegt, die an seinem Ausgang als Gleichspannung U₂ mit dem Nullpunktspegel G erscheint.The switching device 2.1 is in the closed state, so that a sinusoidal AC voltage is present at the input of the coupling element 3.1 as a low-
Die Synchronisiereinrichtung 8 weist hinter ihrem Eingang 8b ein Kopplungsglied 8d auf, das ähnlich aufgebaut ist wie die Kopplungsglieder 3.1 bis 3.16, so dass am Ausgang des Kopplungsgliedes 8d eine pulsierende Rechteckspannung UR erscheint, deren Phase zeitlich mit der Rechteckspannung U₁ am Eingang 4.1 des Schieberegisters 7.1 abgestimmt ist. Der Ausgang des Kopplungsgliedes 8d ist auf den einen Eingang eines NAND-Gliedes 8e, die Steuerleitung 5a über den Eingang 8a auf den anderen Eingang des NAND-Gliedes 8e geführt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 8e bildet den Ausgang 8c der Synchronisiereinrichtung 8. Die Eingänge der NAND-Glieder 9a, 10a und 8e sind mit Vorteil mit Schmitt-Trigger Stufen versehen, um ein gut definiertes Schaltverhalten zu erhalten.The synchronizing
Im normalen Betriebszustand der Steuereinrichtung befinden sich die Steuerleitungen 5a und 5b am Ausgang des Mikroprozessors 1 auf tiefem Potential, so dass die Optokoppler 9 bzw. 10 im Dunkelzustand sind, während die Steuerleitungen 5a und 5b nach den NAND-Gliedern 9a bzw. 10a aufgrund der Pegelumkehr ein hohes Potential führen. Am Eingang INH liegt somit ein Zustand hoch an, während am Eingang SH/LD eine pulsierende Rechteckspannung USH/LD erscheint, die zur Rechteckspannung UR komplementär ist. Bei jedem Wechsel der Rechteckspannung USH/LD von hohem auf tiefes Potential werden die an den Eingängen 4.1 bis 4.16 der Schieberegister 7.1 und 7.2 anliegenden Spannungspegel U₁ bis U₁₆ als logische Zustandswerte "0" bzw. "1" erfasst und in den Registern gespeichert. Die Phase der Rechteckspannung USH/LD bezüglich der Rechteckspannung U₁ ist mittels des Kopplungsgliedes 8d so abgestimmt, dass der Wechsel der Rechteckspannung USH/LD von hoch auf tief jeweils dann erfolgt, wenn die Spannung U₁ bereits hoch ist, so dass als Zustandswert der Schalteinrichtung 2.1, die sich im geschlossenen Zustand befindet, entsprechend einem logisch hohen Potential ein Wert "1" eingelesen wird. Da die Schalteinrichtung 2.2 offen ist, wird die Spannung U₂ entsprechend einem logisch tiefen Potential als Zustandswert "0" erfasst. Auf diese Weise erfolgt das parallele Laden der Schieberegister 7.1 und 7.2 immer in einem Zeitpunkt, in dem bei geschlossenem Zustand einer der Schalteinrichtungen ein Spannungspegel von einigen Volt, bei offenem Zustand einer Schalteinrichtung ein Spannungspegel von null Volt bezüglich des Nullpunktpegels G an den Eingängen 4.1 bis 4.16 anliegen. Die ständige Datenerfassung bietet den Vorteil, dass in den Schieberegistern 7.1 und 7.2 jederzeit die aktuellen Zustände der Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.16 vorhanden sind. Zum Auslesen der Zustandswerte aus den Schieberegistern 7.1 und 7.2 setzt der Mikroprozessor 1 die Steuerleitung 5a auf hohes Potential, womit auch an den SH/LD Eingängen ein hohes Potential anliegt. Somit ist die Datenerfassung der Schieberegister 7.1 und 7.2 gesperrt. Mit jedem anschliessend vom Mikroprozessor 1 über die Steuerleitung 5b gesendeten Schiebeimpuls werden die erfassten Zustandswerte um eine Stelle in Richtung des Ausganges DA der Schieberegister 7.1 und 7.2 geschoben. Ein am Ausgang DA des zweiten Schieberegisters 7.2 erscheinender Wert wird so über die Verbindungsleitung auf den seriellen Eingang DE des ersten Schieberegisters 7.1 übertragen, ein am Ausgang DA des ersten Schieberegisters 7.1 erscheinender Wert wird über die serielle Datenleitung 6 und den Optokoppler 11 zum Mikroprozessor 1 übertragen. Beim Eingang des Mikroprozessors 1 trifft also nach dem ersten Schiebebefehl der Zustandswert der Schalteinrichtung 2.1 ein, nach dem zweiten Schiebebefehl der Zustandswert der Schalteinrichtung 2.2, usw. bis nach dem 16. Schiebebefehl der Zustandswert der Schalteinrichtung 2.16 eintrifft. Der vom Mikroprozessor 1 durchzuführende Prüfzyklus zur Erfassung des Zustandes der Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.16 besteht somit aus den zur Sperre der Datenerfassung und den zum Auslesen der Schieberegister 7.1 und 7.2 nötigen Steuerbefehlen.In the normal operating state of the control device, the
Der Schaltungsaufbau mit den Schieberegistem 7.1 und 7.2 bietet den Vorteil, dass käufliche Standardelemente eingesetzt sind, mit denen sich die Steuereinrichtung auf einfache Weise zu einer kaskadierten Schaltung für beliebig viele Schalteinrichtungen erweitern lässt. Der Einsatz der Synchronisiereinrichtung 8 erlaubt eine einfache Auslegung der Kopplungsglieder 3.1 bis 3.16, die an ihrem Ausgang nur eine einweggleichgerichte Rechteckspannung liefern müssen. Der Speicherbedarf für die Programmierung des Prüfzyklusses ist gering, da der Prüfzyklus zur Hauptsache aus Schiebebefehlen besteht.The circuit structure with the shift register 7.1 and 7.2 offers the advantage that commercially available standard elements are used, with which the control device can be easily expanded to a cascaded circuit for any number of switching devices. The use of the
Die Synchronisiereinrichtung 8 ist ein hardwaremässiges Mittel, um sicherzustellen, dass die in den Signalspannungen U₁ bis U₁₆ enthaltene Information über den Zustand der Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.16 richtig erfasst wird. Diese Information könnte auch softwaremässig gewonnen werden durch Mehrfachabfragen innerhalb einer Zeitspanne von ein bis zwei Netzhalbwellen und einer Analyse der zeitlich nacheinander erfassten Werte, so dass eine Synchronisiereinrichtung 8 nicht erforderlich wäre. Solche Ausführungsbeispiele sind in der parallel beim Europäischen Patentamt eingereichten Patentanmeldung EP 660 043 "Steuereinrichtung zur Betätigung von Schalteinrichtungen nach einem Zeitprogramm" beschrieben, deren Text ein integrierender Bestandteil dieser Anmeldung ist.The
Die Fig. 4 zeigt eine Weiterentwicklung einer Einrichtung zur Steuerung von bis zu n=8 Schalteinrichtungen 2.1 bis 2.8, die um einen Testbaustein 12 erweitert ist zur Erfassung von Eingangskopplungsfehlem oder Hardwarefehlem des Schieberegisters 7. Ein Eingangskopplungsfehler tritt beispielsweise dann auf, wenn der am Eingang 4.2 eingelesene Zustandswert nicht nur vom Spannungspegel am Eingang 4.2, sondern auch noch von dem an einem anderen Eingang, z.B. 4.5, anliegenden Spannungspegel abhängt. Von einem Hardwarefehler spricht man, wenn der eingelesene Zustandswert eines Einganges unabhängig vom anliegenden Spannungspegel immer als logisch "0" ( stack at zero ) oder logisch "1" ( stack at one ) erscheint.FIG. 4 shows a further development of a device for controlling up to n = 8 switching devices 2.1 to 2.8, which is expanded by a
Der Testbaustein 12 verfügt über einen seriellen Dateneingang, einen Takteingang und einen den Zustand seiner Ausgänge 12.1 bis 12.8 steuernden Eingang, die über Leitungen 13, 14 bzw. 15 mit dem Mikroprozessor 1 verbunden sind. Parallelausgänge 12.1 bis 12.8 sind über Leitungen 16.1 bis 16.8 mit den entsprechenden Eingängen 4.1 bis 4.8 des Schieberegisters 7 verbunden. Die Ausgänge 12.1 bis 12.8 sind in einen der Fachwelt unter dem Begriff tristate bekannten Zustand schaltbar, in welchem sie hochohmig sind und den Zustand der Leitungen 16.1 bis 16.8 nicht beeinflussen (z.B. U. Tietze und Ch. Schenk, Halbleiterschaltungstechnik, 5. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN 3-540-09848-8). Die Eingänge 4.1 bis 4.8 des Schieberegisters 7 sind auch mit den Ausgängen der Kopplungsglieder 3.1 bis 3.8 verbunden, wobei der Übersichtlichkeit wegen nur das Kopplungsglied 3.1 gezeichnet ist. Sowohl der Testbaustein 12 als auch das Schieberegister 7 sind mit der Nullpunktsleitung G verbunden.The
Im Normalbetrieb befinden sich die Ausgänge 12.1 bis 12.8 des Testbausteins 12 im tristate-Zustand und beeinflussen die Spannungen U₁ bis U₈ an den Eingängen 4.1 bis 4.8 nicht. Zur Überprüfung der Zuverlässigkeit der Datenerfassung mittels des Schaltungsblocks 4 führt der Mikroprozessor 1 zu bestimmten Zeitpunkten einen Testzyklus durch. Der Testzyklus besteht darin, dass der Mikroprozessor 1 ein Testmuster, das aus acht binären Werten "0" oder "1" besteht, über die serielle Leitung 13 zum Testbaustein 12 sendet. Nach der Übertragung stehen diese Werte als hohe oder tiefe Potentiale an den Ausgängen 12.1 bis 12.8 zur Verfügung, sobald der Mikroprozessor 1 die Ausgänge 12.1 bis 12.8 über die Steuerleitung 15 in den leitenden Zustand setzt, so dass Spannungspegel U₁ bis U₈ mit Potentialwerten hoch oder tief entsprechend dem vorgängig gesendeten Testmuster an den Eingängen 4.1 bis 4.8 des Schieberegisters 7 anliegen. Der Mikroprozessor 1 sendet nun weitere Befehle an das Schieberegister 7 zur Erfassung der an seinen Eingängen 4.1 bis 4.8 anliegenden Spannungspegel U₁ bis U₈ als binäre Werte und zur Übertragung an ihn, worauf er die zurückgemeldeten binären Werte mit dem abgeschickten Testmuster vergleicht. Der Mikroprozessor 1 ist dahingehend programmiert, eine Anzahl ausgewählter Testmuster zum Testbaustein 12 zu senden und über das Schieberegister 7 wieder einzulesen, so dass sowohl Eingangskopplungsfehler wie auch Hardwarefehler erkennbar sind. Bei Bedarf können die Steuerleitungen 13, 14 und 15 mit galvanischen Trenngliedern versehen sein.In normal operation, the outputs 12.1 to 12.8 of the
Claims (9)
- A control apparatus which has a timer and control logic device (1) for the actuation of a plurality of switch devices (2.1; 2.2), wherein the switch devices (2.1; 2.2) control the supply of current to loads (L1; L2) which can be connected in a low-voltage system between a phase (P) and a neutral point (G) in series with the switch devices (2.1; 2.2), and which has a circuit block (4) which is connected on the input side by way of signalling lines (ML1; ML2) arranged in parallel and serving to detect the state of the switch devices (2.1; 2.2) - open or closed - to tappings arranged in the current path between the switch devices (2.1; 2.2) and the associated loads (L1; L2) and on the output side to the control logic device (1), wherein at predetermined moments in time the control logic device (1) detects the voltages (U₁; U₂) at the parallel inputs (4.1; 4.2) of the circuit block (4) and determines the state of the switch devices (2.1; 2.2), characterised in that the signalling lines (ML1; ML2) contain coupling members (3.1; 3.2) for level limiting purposes, that the voltages (U₁; U₂) which are transmitted by way of the coupling members (3.1; 3.2), at the inputs (4.1; 4.2) of the circuit block (4), assume a potential at the level of the neutral point (G) in the open state of one of the switch devices (2.1; 2.2) and in the closed state in accordance with the voltage variation in respect of time of the phase (P) with respect to the neutral point (G) they assume a potential of a fluctuating or uniform configuration and at a level which is different from the neutral point (G), that the circuit block (4) has one or more cascade-connected shift registers (7), wherein the shift registers (7) detect in parallel the voltages (U₁; U₂) applied to the inputs (4.1; 4.2) as binary values '0' or '1' in accordance with a predetermined voltage level, and that the binary values '0' or '1' are transmitted to the control logic device (1) by way of a serial output (DA) of the shift register (7) and a serial data line (6).
- A control apparatus according to claim 1 characterised in that the circuit block (4) and the control logic device (1) are galvanically separated by means of separating members (9; 10; 11).
- A control apparatus according to claim 1 or claim 2 characterised in that there is provided a synchronising device (8) which synchronises the detection of the voltage levels (U₁ to U₁₆) at the inputs (4.1 to 4.16) of the shift registers (7) with the system voltage (UPG).
- A control apparatus according to claim 1 or claim 2 characterised in that the state of the switch devices (2.1; 2.2) is determined from the state values which are obtained by multiple interrogation during a period of one to two system half-waves.
- A control apparatus according to one of claims 1 to 4 characterised in that for fault detection in continuous operation of the installation controlled by the control apparatus the control logic device (1) performs a test cycle for detecting the state of the switch devices (2.1; 2.2) at given moments in time.
- A control apparatus according to one of claims 1 to 5 characterised in that the control logic device (1) is connected to a test component (12) which has a serial data input and a plurality of parallel outputs (12.1 to 12.8), that the parallel outputs (12.1 to 12.8) of the test component (12) are connected to the parallel inputs (4.1 to 4.8) of the shift registers (7) and that the parallel outputs (12.1 to 12.8) are switchable either into a conducting or a high-resistance tristate condition.
- A control apparatus according to claim 6 characterised in that the test component (12) comprises one or more cascade-connected shift registers.
- A control apparatus according to claim 6 or claim 7 characterised in that for detecting input coupling faults or hardware faults in the circuit block (4) the control logic device (1) performs a test cycle at predetermined moments in time by a procedure whereby it writes a test pattern comprising binary values into the test component (12) by way of a serial line (13), it puts the test component (12) into the conducting state, it provides for detection and transmission to itself of the voltage levels (U₁ to U₈) at the inputs (4.1 to 4.8) of the shift registers (7), it compares the test pattern which has been signalled back to the despatched test pattern, and it puts the test component (12) into the tristate condition again.
- A control apparatus according to one of claim 1 to 8 characterised in that the control logic device (1) is a microprocessor.
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