EP0677830B2 - Überwachungseinrichtung - Google Patents

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EP0677830B2
EP0677830B2 EP95104988A EP95104988A EP0677830B2 EP 0677830 B2 EP0677830 B2 EP 0677830B2 EP 95104988 A EP95104988 A EP 95104988A EP 95104988 A EP95104988 A EP 95104988A EP 0677830 B2 EP0677830 B2 EP 0677830B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monitoring apparatus
bus
circuit
wire bus
sensor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95104988A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0677830A1 (de
EP0677830B1 (de
Inventor
Hermann Hoepken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KA Schmersal GmbH and Co KG
Original Assignee
KA Schmersal GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by KA Schmersal GmbH and Co KG filed Critical KA Schmersal GmbH and Co KG
Publication of EP0677830A1 publication Critical patent/EP0677830A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0677830B1 publication Critical patent/EP0677830B1/de
Publication of EP0677830B2 publication Critical patent/EP0677830B2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B26/00—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station
    • G08B26/001—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station with individual interrogation of substations connected in parallel

Definitions

  • the invention relates to a monitoring device for a facility to be secured with a variety of sensors with analog or digital switching states, connected to an evaluation circuit are a switching signal depending on the Switching states of the sensors generated.
  • Monitoring devices for devices to be secured as for machines, systems or the like have, when opening or reaching the momentary shutdown of the machine or system is required for reasons of danger, point out to everyone openable at least one sensor, about a mechanical-electrical safety switch, a light barrier or the like., whose outputs with are coupled to an evaluation circuit, which in turn an output signal, for example to stop the machine or system generated if at least one sensor a switching condition indicating danger was determined becomes.
  • Each sensor can be activated, not activated or defective his. To determine its condition in a targeted manner, each Contact pair in the sensor can be evaluated individually, which requires at least three wires.
  • DE-U-91 05 529 is a hazard detection system with a variety of Detectors that are connected to a control center via a two-wire bus, known.
  • the control center requests all detectors to report back at the same time.
  • Each detector responds at a different, predetermined time interval after Request by sending a switching status and other status signals. comprehensive data package.
  • the object of the invention is a monitoring device of the type mentioned at the outset to create the to reduce and simplify the wiring effort and an improvement in security leads
  • the sensors can be on or off be designed multi-channel. For data transfer are only very low currents necessary, so no circuit breakers are needed. It won't just be them individual components of the monitoring device, but also their wiring is monitored for errors.
  • the data transmission takes place via the two-wire bus by clocking the operating voltage on active Maintain bus connections via a buffer circuit can be.
  • the data stream can be as Telegram can be decoded and evaluated.
  • the Evaluation circuit can receive an enable signal as soon as the operating voltage of the buffer circuit Threshold exceeds. This can result in a time delay Start signal for the evaluation circuit can be generated.
  • the evaluation circuit responds in a fixed manner Time grid for a correct telegram structure Clocking the two-wire bus. This can be done through a short-circuit proof the operating voltage of the Bus through a resistor for one by the transmission speed fixed maximum time practical be short-circuited.
  • Fig. 1 shows schematically a block diagram of a Monitoring device.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a bus connection for the monitoring device according to FIG. 1.
  • the monitoring device shown comprises a variety of sensors 1 with analog or digital Switching states.
  • This can be, for example - as shown - a mechanical-electrical Switching element comprising an opener 1a and one NO contacts 1b, which can be operated together, act.
  • the sensors 1 can on doors, flaps, passageways or the like. on a facility to be secured like one Machine, system or the like be attached so that at one opening the door, flap or the like. the sensor 1 actuates, i.e. in the case shown, the opener at the same time 1a is opened and the closer 1b is closed, d. H. that the digital switching state of the sensor 1 this changes.
  • sensors can also be used 1 with analog switching states, including electronic ones Encoders such as those with coding function in the form of coded "TAGs", optionally mixed with such with analog switching states.
  • Each sensor 1 has a sensor processor 2 comprising a clock (watchdog), which is connected on the one hand via a bus connection 3 to a two-wire bus 4 and on the other hand to a non-volatile memory 5, an E 2 PROM.
  • the two-wire bus 4 can be made from normal, unshielded wires and can have a tree and / or star-shaped structure.
  • One wire of the two-wire bus 4, e.g. B. the negative, is galvanically connectable to machine earth, while the other wire transmits energy and signals, the transmission of signals by clocking the operating voltage.
  • All sensors 1 are connected via the two-wire bus 4 to an evaluation circuit which, in the exemplary embodiment shown, comprises two preferably diverse evaluation processors 6 ', 6 ", which are also connected to the two-wire bus 4 via a respective bus connection 3 and communicating with one another Evaluation processors 6 ', 6 "each comprising a clock generator (watchdog) can, for example, be connected to an input of two relays 7', 7".
  • each evaluation processor 6 ', 6 " has a non-volatile memory 8, an E 2 PROM.
  • the memories 8 each contain the number of existing sensors 1 to be monitored.
  • the two-wire bus 4 is housed somewhere Bus power supply 9, a constant current source (e.g. 24 V DC) connected.
  • the individual components the monitoring device are on the Two-wire bus 4 powered.
  • the bus connections 3 are designed accordingly (see also FIG. 2 and the following description thereof). Due to a high internal resistance of the bus power supply 9 becomes a short circuit during data transmission avoided.
  • the two-wire bus 4 via an interface 10 with a PC and / or a programmable logic controller Controller.
  • Latter can be used to store 5, 8 with the necessary information, as well as with your own Check sum to be provided. For example, this is possible through a simple ASCII protocol. At the Turning the power on will save this data from the memories 5, 8 read and compared with the checksum and loaded into the memories of the processors 6 ', 6 ".
  • the Two-wire bus 4 to reach a specific sensor 1 stimulated by address, function and check word (for example a checksum) for a sensor 1 be sent as a telegram to the two-wire bus 4, i.e. that 4 clocked pulses on the two-wire bus appear, for example between 5 and 20 V. fluctuate, they will be sent to all sensor processors 2 transfer.
  • Each sensor processor 2 checks the address by comparing the content of its associated memory 5 with the sent address.
  • the addressed sensor processor 2 for example, as indicated in FIG. 1, outputs a signal S or at its two outputs leading to the sensor 1 in accordance with the transmitted function 1010. S from. With the opener 1a open and the closer 1b closed (this is the unactuated state of sensor 1), S and S unchanged and appear as such again at the inputs of sensor processor 2 coming from sensor 1, ie the answer is also 1010.
  • the sensor processor can 2 control a status display 11, for example from a red and a green LED, the corresponding the state to light up, consists.
  • the answer from sensor 1 is from both evaluation processors 6 ', 6 "evaluated when the function does not match the answer, a corresponding one will be given the relay 7 'or 7 "switching signal generated.
  • One byte expediently contains the address and two more bytes the function and the record for the sensor while two additional bytes contain the check word that the information to be transmitted secured. If there is a data disturbance, an incorrect checkword. The telegram is already coming disturbed at sensor processor 2, refuses the acceptance of the telegram, so that the evaluation circuit detects a timeout error. Several of these Faults on the same sensor 1 lead to a fault message, there is a defect here with a high probability of sensor 1 is present.
  • interrupted two-wire bus 4 leads to a timeout error.
  • the two-wire bus 4 is faulty clamped to "high", this recognizes the Evaluation circuit when trying to send for the first time. This Fault can be evaluated and reported.
  • a bus interface 3 is shown in Fig. 2.
  • the bus connection includes a voltage regulator part 13 with a buffer capacitor 14, charged via a diode 15 and against Discharge is blocked.
  • the latter is used for storage the actual voltage of the two-wire bus 4 on the respective bus interface 3 (corresponding to the Distance from the bus power supply 9 is due to the voltage of the ohmic resistance dropped accordingly).
  • the buffer capacitor 14 secures the power supply for the associated sensor processor 2, sensor 1 and memory 5 or the associated Evaluation processor 5 ', 6 "and memory 8.
  • the bus interface 3 comprises a bus receiver part 16 with a comparator 17 and one Voltage divider circuit 18.
  • the voltage divider circuit 18 divides and in particular halves by means of resistors 19, 20 the stored actual bus voltage as a reference voltage for the comparator 17, so that the comparator 17 is allowed within a practical range Area can work, i.e. there is a dynamic Switching threshold according to the current one Actual bus voltage, i.e. if the actual bus voltage drops off at the respective bus interface 3, runs the trigger threshold of the comparator 17 of the actual bus voltage halfway behind.
  • the signal applied is also divided by means of resistors 21, 22, and in a ratio greater than the division by resistors 19, 20, e.g.
  • the bus connection 3 comprises a transmitting part 23 with an L 2 MOSFET transistor 24, at the gate of which the signal from the sensor processor 2 or from the evaluation processor 6 ', 6 "is applied via a resistor 29, so that the latter is conductive or corresponding to the signal
  • the transistor 24 is current-monitored via parallel resistors 25, 26 connected to its source to ground, which are connected via a resistor 27 to the gate of a thyristor 28 connected to the gate of the transistor 24 with its anode If the current through transistor 24 becomes too high, a proportional voltage drops across resistors 25 and 26, so that the trigger level of thyristor 28 is reached via resistor 27. Thyristor 28 becomes conductive and switches transistor 24 via resistor 29 off, so that an overcurrent is prevented from reaching the two-wire bus 4. The thyristor 28 then remains during the entire transmission time, ie conductive during the time a bit is being transmitted.
  • a resistor 30 connected between the input of the Resistor 29 and earth is prevented Turn on the transistor 24 when the Bus voltage on the capacitor 14 before the start of the Processors 2, 6 ', 6 ".
  • a capacitor 31 between the gate of the thyristor 28 and earth prevents ignition of the thyristor 28 for short-term disturbances (transient suppression).
  • a diode 32 is used for reverse polarity protection and one Transsil diode 33 for surge protection.
  • a resistor 34 limits the inrush current and the load current of transistor 24 in the event of a fault.

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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine überwachungseinrichtung für eine zu sichernde Einrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren mit analogen oder digitalen Schaltzuständen, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Schaltsignal in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Sensoren erzeugt.
Überwachungseinrichtungen für zu sichernde Einrichtungen wie für Maschinen, Anlagen od.dgl., die eine Reihe von Türen oder sonstigen zu öffnenden Zugängen aufweisen, bei deren Öffnen oder Erreichen das momentane Abstellen der Maschine oder Anlage etwa aus Gefährdungsgründen gefordert wird, weisen an jedem zu öffnenden Zugang mindestens einen Sensor, etwa einen mechanisch-elektrischen Sicherheitsschalter, eine Lichtschranke od.dgl., auf, dessen Ausgänge mit einer Auswerteschaltung gekoppelt sind, die seinerseits ein Ausgangssignal etwa zum Stillsetzen der Maschine oder Anlage erzeugt, wenn an mindestens einem Sensor ein Gefahr anzeigender Schaltzustand festgestellt wird. Jeder Sensor kann betätigt, unbetätigt oder defekt sein. Um seinen Zustand gezielt festzustellen, muß jedes Kontaktpaar im Sensor einzeln ausgewertet werden, was mindestens drei Adern erfordert.
So ist eine mit hintereinandergeschalteten Lichtschranken arbeitende Überwachungseinrichtung bekannt, bei der die Auswerteschaltung zwei Schaltrelais betätigende Mikroprozessoren umfaßt, die jeweils mit den Empfangsdioden der Lichtschranken über entsprechende Kanäle sowie untereinander gekoppelt sind, wobei letzteres dazu dient, daß sich die Mikroprozessoren gegenseitig aus Redundanzgründen überwachen. Die Stromversorgung der einzelnen Bauteile erfolgt über entsprechende Zuleitungen. Hierbei ergibt sich ein erheblicher Verdrahtungsaufwand durch Verwendung spezieller, zur Vermeidung von Störungen abgeschirmter Leitungen. Ein Selbsttest der Sensoren ist hierbei nicht vorgesehen.
Aus O. Madelung: "ASI ersetzt nicht nur den Kabelbaum", in "Elektronik plus, Automatisierungspraxis 1", Oktober 1992, ist eine Überwachungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher eine serielle Datenübertragung zwischen den Sensoren (Slaves) und der Auswerteeinheit (Master) durch Modulieren der Betriebsspannung auf dem Zweidraht-Bus erfolgt. Die Auswerteeinheit kann durch Senden einer Sensoradresse über den Zweidraht-Bus jeweils einen bestimmten Sensor zur Abgabe eines durch seinen Schaltzustand vorgegebenen Signals stimulieren.
Aus DE-U-91 05 529 ist eine Gefahrenmeldeanlage mit einer Vielzahl von Meldern, die über einen Zweidraht-Bus mit einer Zentrale verbunden sind, bekannt. Die Zentrale fordert hierbei gleichzeitig alle Melder zur Rückmeldung auf. Jeder Melder antwortet in einem anderen, vorbestimmten Zeitabstand nach der Aufforderung durch Senden eines den Schaltzustand und weitere Statussignale. umfassenden Datenpakets.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zu einer Verminderung und Vereinfachung des Verdrahtungsaufwands und einer Verbesserung der Sicherheit führt
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Für die angestrebte sichere Auswertung kommt es darauf an, daß die Energieversorgung über den Zweidraht-Bus erfolgt und zugleich eine dynamische Erfassung der Schaltzustände vorgenommen wird. Der so gebildete "Sicherheitsbus" hat keine Signalverarbeitung im Sensorelement dergestalt, daß dort eine Vorauswertung stattfinden würde. Dies würde bei einer einkanaligen Auslegung des Prozessors, wie sie hier verwendet wird, Redundanzprobleme ergeben. Vielmehr werden ambivalente Schaltsignale aufbereitet und Zustandsinformationen von Schaltgruppen übertragen. Außerdem wird der jeweilige Schalter durch ambivalente Schaltsignale über den Zweidraht-Bus stimuliert.
Durch die Verwendung eines Zweidraht-Bus, der nur einfache Drähte und keine Spezialkabel oder Sonderverlegung benötigt, wird nicht nur der Verdrahtungsaufwand vermindert und vereinfacht, es erfolgt auch, wie bereits erwähnt, die Stromversorgung der einzelnen Komponenten über den Zweidraht-Bus, über den die Sensoren mit wechselnden Signalen zyklisch stimuliert werden, um entsprechend wechselnde Sensorsignale abzugeben, die einem Selbsttest unterworfen werden, wodurch die Sicherheit der Überwachungseinrichtung erheblich erhöht wird. Die Sensoren können ein- oder mehrkanalig ausgelegt sein. Zur Datenübertragung sind nur sehr geringe Ströme notwendig, so daß keine Leistungsschalter benötigt werden. Es werden nicht nur die einzelnen Komponenten der Überwachungseinrichtung, sondern auch deren Verdrahtung fehlerüberwacht.
Die Datenübertragung über den Zweidraht-Bus erfolgt durch Taktung der Betriebsspannung, die an aktiven Busanschaltungen über eine Pufferschaltung aufrechterhalten werden kann. Der Datenstrom kann als Telegramm decodiert und ausgewertet werden. Die Auswerteschaltung kann ein Freigabesignal erhalten, sobald die Betriebsspannung der Pufferschaltung einen Schwellwert übersteigt. Zeitverzögert kann daraus ein Startsignal für die Auswerteschaltung generiert werden.
Die Auswerteschaltung antwortet in einem festen Zeitraster auf eine korrekte Telegrammstruktur durch Taktung des Zweidraht-Bus. Hierzu kann durch eine kurzschlußfeste Schaltung die Betriebsspannung des Bus über einen Widerstand für eine durch die Übertragungsgeschwindigkeit festgelegte Maximalzeit praktisch kurzgeschlossen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Überwachungseinrichtung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Busanschaltung für die überwachungseinrichtung nach Fig. 1.
Die dargestellte Überwachungseinrichtung umfaßt eine Vielzahl von Sensoren 1 mit analogen oder digitalen Schaltzuständen. Hierbei kann es sich beispielsweise - wie dargestellt - um ein mechanisch-elektrisches Schaltelement umfassend einen Öffner 1a und einen Schließer 1b, die gemeinsam betätigbar sind, handeln. Die Sensoren 1 können an Türen, Klappen, Durchgängen od.dgl. an einer zu sichernden Einrichtung wie einer Maschine, Anlage od.dgl. angebracht sein, so daß bei einem öffnen der Tür, Klappe od.dgl. der Sensor 1 betätigt, d.h. im dargestellten Fall gleichzeitig der Öffner 1a geöffnet und der Schließer 1b geschlossen wird, d. h. daß sich der digitale Schaltzustand des Sensors 1 hierdurch ändert. Stattdessen können aber auch Sensoren 1 mit analogen Schaltzuständen, so auch elektronische Geber wie u.a. solche mit Kodierfunktion in Form von kodierten "TAGs", gegebenenfalls gemischt mit solchen mit analogen Schaltzuständen vorhanden sein.
Zu jeden Sensor 1 gehört ein einen Taktgeber (Watchdog) umfassender Sensorprozessor 2, der einerseits über eine Busanscnaitung 3 mit einem Zweidraht-Bus 4 und andererseits mit einem nichtflüchtigen Speicher 5, einem E2PROM, verbunden ist. Der Zweidraht-Bus 4 kann aus normalen, nicht abgeschirmten Drähten hergestellt sein und eine baum- und/ oder sternförmige Struktur aufweisen. Ein Draht des Zweidraht-Bus 4, z. B. der negative, ist galvanisch mit Maschinenerde verbindbar, während der andere Draht Energie und Signale überträgt, wobei die übertragung von Signalen durch Taktung der Betriebsspannung erfolgt.
Sämtliche Sensoren 1 sind über den Zweidraht-Bus 4 mit einer Auswerteschaltung verbunden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei vorzugsweise diversitäre Auswerteprozessoren 6', 6" umfaßt, die mit dem Zweidraht-Bus 4 ebenfalls über jeweils eine Busanschaltung 3 sowie untereinander kommunizierend verbunden sind. Die jeweils einen Taktgeber (Watchdog) umfassenden Auswerteprozessoren 6', 6" können beispielsweise mit je einem Eingang von zwei Relais 7', 7" verbunden sein. Außerdem gehört zu jedem Auswerteprozessor 6', 6" ein nichtflüchtiger Speicher 8, ein E2PROM. Die Speicher 8 beinhalten jeweils die Anzahl von vorhandenen, zu überwachenden Sensoren 1.
Der Zweidraht-Bus 4 ist an ein irgendwo untergebrachtes Busnetzteil 9, eine Konstantstromquelle (z.B. 24 V Gleichstrom) angeschlossen. Die einzelnen Bauteile der Überwachungseinrichtung werden über den Zweidraht-Bus 4 mit Energie versorgt. Zu diesem Zweck sind die Busanschaltungen 3 entsprechend ausgelegt (vgl. auch Fig. 2 und nachfolgende Beschreibung hiervon). Durch einen hohen Innenwiderstand des Busnetzteils 9 wird bei der Datenübertragung ein Kurzschluß vermieden.
Außerdem kann der Zweidraht-Bus 4 über ein Interface 10 mit einem PC und/oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden sein. Letztere kann dazu verwendet werden, die Speicher 5, 8 mit den notwendigen Angaben, wie auch gegebenenfalls mit eigener Ckecksumme, zu versehen. Dies ist beispielsweise durch ein einfaches ASCII-Protokoll möglich. Beim Netzeinschalten werden diese Daten aus den Speichern 5, 8 gelesen und mit der Checksumme verglichen sowie in die Speicher der Prozessoren 6', 6" geladen.
Wenn einer der Auswerteprozessoren, etwa 6', den Zweidraht-Bus 4 zum Erreichen eines bestimmten Sensors 1 stimuliert, indem Adresse, Funktion und Prüfwort (beispielsweise eine Checksumme) für einen Sensor 1 als Telegramm auf den Zweidraht-Bus 4 gegeben werden, d.h. daß auf dem Zweidraht-Bus 4 getaktet Pulse erscheinen, die beispielsweise zwischen 5 und 20 V schwanken, werden diese an alle Sensorprozessoren 2 übertragen. Außerdem belauscht hierbei der andere Auswerteprozessor, in diesem Fall 6", den sendenden Auswerteprozessor 6', um dessen Signal und damit seine Funktion zwecks Redundanz zu überprüfen.
Jeder Sensorprozessor 2 überprüft die Adresse, indem er den Inhalt seines zugehörigen Speichers 5 mit der gesendeten Adresse vergleicht. Der adressierte Sensorprozessor 2 gibt beispielsweise, wie in Fig. 1 angegeben, entsprechend der übermittelten Funktion 1010 an seinen beiden zum Sensor 1 führenden Ausgängen ein Signal S bzw. S ab. Bei geöffnetem Öffner 1a und geschlossenem Schließer 1b (dies sei der unbetätigte Zustand des Sensors 1) bleiben S und S unverändert und erscheinen als solche wieder an den vom Sensor 1 kommenden Eingängen des Sensorprozessors 2, d.h. die Antwort ist ebenfalls 1010.
Wenn der Sensor 1 dagegen betätigt wäre, würde bei der Funktion 1010 als Antwort 1001 erscheinen.
Bei der Funktion 0101 würde diese bei unbetätigtem Sensor 1 bestätigt, bei betätigtem Sensor 1 ergäbe sich aber 0110.
Entsprechend der Antwort kann der Sensorprozessor 2 eine Zustandsanzeige 11 ansteuern, die beispielsweise aus einer roten und einer grünen LED, die ensprechend dem Zustand zum Aufleuchten gebracht werden, besteht.
Die Antwort vom Sensor 1 wird von beiden Auswerteprozessoren 6', 6" ausgewertet, wenn die Funktion nicht mit der Antwort übereinstimmt, wird ein entsprechendes die Relais 7' bzw. 7" schaltendes Signal erzeugt.
Wird der Sensor 1 nicht erreicht, kommt dies einem Timeoutfehler gleich. Bei jeder Datenstörung ergibt sich ein falsches Prüfwort (Checksumme).
Nach jeder Sensorüberprüfung oder nach jedem Überprüfungszyklus wird zwischen Auswerteprozessor 6' und 6" gewechselt.
Zweckmäßigerweise enthalten ein Byte die Adresse und zwei weitere Bytes die Funktion und den Datensatz für den Sensor, während zwei zusätzliche Bytes das Prüfwort enthalten, das die zu übermittelnden Informationen absichert. Bei einer Datenstörung ergibt sich ein falsches Prüfwort. Kommt das Telegramm bereits gestört beim Sensorprozessor 2 an, verweigert dieser die Annahme des Telegramms, so daß die Auswerteschaltung einen Timeoutfehler erkennt. Mehrere derartige Fehler auf dem gleichen Sensor 1 führen zur Störmeldung, da hier mit großer Wahrscheinlichkeit ein Defekt des Sensors 1 vorliegt.
Es ergibt sich somit eine zweikanalige, infolge Selbstdiagnose fehlersichere Überwachungseinrichtung mit einfacher und verminderter Verdrahtung. Ein Fehler in einem Sensor 1 wird festgestellt, bevor durch Änderung seines Schaltzustandes an der zu sichemden Einrichtung ein gefährlicher Zustand auftreten kann.
Haben mehrere Sensoren 1 durch einen Fehler gleiche Adressen, kommt es bei den Antworten der Sensoren 1 zu Datenüberschneidungen. Da der Zweidraht-Bus 4 aktiv "Low" ist, kann jeder Sensor 1 sein Signal durch ein "Low" auf den Zweidraht-Bus 4 übergeben. Hierbei kommt es auf dem Zweidraht-Bus 4 zu einer logischen NOR-Verknüpfung, so daß die berechnete Checksumme nicht gleich der Checksumme des Telegramms ist. Dieser Fehler führt zur Störmeldung.
Gleiches gilt für unterbrochenen Zweidraht-Bus 4. Er führt zum Timeoutfehler. Ist der Zweidraht-Bus 4 fehlerhafterweise auf "high" geklemmt, erkennt dies die Auswerteschaltung beim ersten Sendeversuch. Diese Störung kann ausgewertet und gemeldet werden.
Ferner ist eine Fehleranalyse etwa durch Mithören am Zweidraht-Bus 4 durch einen daran über das Interface 10 angeschlossenen PC (oder SPS) möglich. Auch kann die von den Auswerteprozesssoren 6', 6" vorgenommene Systemdiagnoseanzeige 12 beispielsweise in Form einer roten und einer grünen LED, die entsprechend zum Aufleuchten bringbar sind, erfolgen.
Eine Ausführungsform einer Busanschaltung 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Hiernach umfaßt die Busanschaltung einen Spannungsreglerteil 13 mit einem Pufferkondensator 14, der über eine Diode 15 geladen und gegen Entladung gesperrt wird. Letzterer dient zur Speicherung der jeweiligen Ist-Spannung des Zweidraht-Bus 4 an der jeweiligen Busanschaltung 3 (entsprechend der Entfernung vom Busnetzteil 9 ist die Spannung aufgrund des Ohm'schen Widerstands entsprechend abgefallen). Während der Signalübermittlung, die durch entsprechenden Spannungsabfall gegenüber der Busspannung stattfindet, sichert der Pufferkondensator 14 die Stromversorgung für den zugehörigen Sensorprozessor 2, Sensor 1 und Speicher 5 bzw. den zugehörigen Auswerteprozessor 5', 6" und Speicher 8.
Ferner umfaßt die Busanschaltung 3 einen Busempfängerteil 16 mit einem Komparator 17 und einer Spannungsteilerschaltung 18. Die Spannungsteilerschaltung 18 teilt und insbesondere halbiert mittels Widerständen 19, 20 die gespeicherte Ist-Busspannung als Vergleichsspannung für den Komparator 17, so daß der Komparator 17 innerhalb eines praktikablen erlaubten Bereichs arbeiten kann, d.h. es ergibt sich eine dynamische Schaltschwelle entsprechend der jeweils vorliegenden Ist-Busspannung, d.h. wenn die Ist-Busspannung an der jeweiligen Busanschaltung 3 abfällt, läuft die Triggerschwelle des Komparators 17 der Ist-Busspannung auf der Hälfte hinterher. Das angelegte Signal wird ebenfalls mittels Widerständen 21, 22 geteilt, und zwar in einem Verhältnis größer als die Teilung durch die Widerstände 19, 20, z.B. gedreiviertelt, so daß die 3/4-Busspannung entsprechend "high" sicher über und die 3/4-Spannung entsprechend "low" (die low-Spannung geht nicht auf Null, sondern beispielsweise wegen des Ohm'schen Leitungswiderstands nur auf etwa 4 bis 5V zurück) sicher unter der Triggerschwelle liegen.
Außerdem umfaßt die Busanschaltung 3 ein Sendeteil 23 mit einem L2MOSFET-Transistor 24, an dessen Gate das Signal vom Sensorprozessor 2 bzw. vom Auswerteprozessor 6', 6" über einen Widerstand 29 angelegt wird, so daß dieser entsprechend dem Signal leitend bzw. nichtleitend ist und somit als Schalter dient. Der Transistor 24 ist über parallele, mit seinem Source nach Ground verbundene Widerstände 25, 26 stromüberwacht, die über einen Widerstand 27 mit dem Gate eines mit seiner Anode mit dem Gate des Transistors 24 verbundenen Thyristors 28 verbunden sind. Wenn der Strom durch den Transistor 24 zu hoch wird, fällt eine proportionale Spannung an den Widerständen 25 und 26 ab, so daß über den Widerstand 27 der Triggerpegel des Thyristors 28 erreicht wird. Thyristor 28 wird leitend und schaltet Transistor 24 über den Widerstand 29 aus, so daß verhindert wird, daß ein Überstrom auf den Zweidraht-Bus 4 gelangt. Der Thyristor 28 bleibt dann während der gesamten Sendezeit, d.h. während der Zeit, während der ein Bit übertragen wird, leitend.
Ein Widerstand 30, der zwischen dem Eingang des Widerstands 29 und Erde geschaltet ist, verhindert ein Einschalten des Transistors 24 beim Hochlaufen der Busspannung am Kondensator 14 vor dem Anlauf der Prozessoren 2, 6', 6".
Ein Kondensator 31 zwischen dem Gate des Thyristors 28 und Erde verhindert eine Zündung des Thyristors 28 bei kurzzeitigen Störungen (Transientenunterdrückung).
Eine Diode 32 dient dem Verpolschutz und eine Transsildiode 33 dem Überspannungsschutz.
Ein Widerstand 34 begrenzt den Einschaltstrom und den Laststrom des Transistors 24 im Fehlerfall.

Claims (15)

  1. Überwachungseinrichtung für eine zu sichernde Einrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren (1) mit analogen oder digitalen Schaltzuständen, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Schaltsignal in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Sensoren (1) erzeugt, wobei jedem Sensor (1) eine Schaltung (2) zur Erfassung seines Schaltzustandes zugeordnet ist und die Schaltungen (2) der Sensoren (1) an einen mit der Auswerteschaltung verbundenen Zweidraht-Bus (4) mit getakteter Datenübertragung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (1) über den Zweidraht-Bus (4), der an ein Netzteil (9) angeschlossen die Energieversorgung der Überwachungseinrichtung vornimmt, jeweils mit wechselnden Signalen zur Abgabe entsprechend wechselnder Sensorsignale bei gleichbleibendem Schaltzustand stimulierbar und somit einem Selbsttest unterwerfbar sind, wobei die Datenübertragung durch getaktetes Kurzschließen der Betriebsspannung, die an aktiven Busanschaltungen (3) während des Kurzschließens jeweils über eine Pufferschaltung (13) aufrechterhalten wird, erfolgt und die Schaltungen (2) der Sensoren (1) prozessorgesteuert sind.
  2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) stern- und/oder baumförmig ausgebildet ist.
  3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels jeder prozessorgesteuerten Schaltung (2) ein Datensatz vom Zweidraht-Bus (4) adressenmäßig mit der zugehörigen Sensoradresse vergleichbar und bei Übereinstimmung einlesbar und ein den Zustand des zugehörigen Sensors (1) wiedergebender Datensatz auf den Zweidraht-Bus (4) gebbar ist.
  4. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede prozessorgesteuerten Schaltung (2) einen nichtflüchtigen Speicher (5) für die Sensoradresse umfaßt.
  5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) an ein Konstantstrom-Busnetzteil (9) mit hohem Innenwiderstand angeschlossen ist.
  6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zwei redundante Auswerteprozessoren (6', 6") jeweils mit einem nichtflüchtigen Speicher (8) umfaßt.
  7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die prozessorgesteuerten Schaltungen (2) und die Auswerteschaltung jeweils über eine Busanschaltung (3) mit dem Zweidraht-Bus (4) verbunden sind, die die Pufferschaltung (13) für die Betriebspannung umfaßt.
  8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung (13) einen über eine Diode (15) ladbaren und gegen Entladung sperrenden Pufferkondensator (14) umfaßt.
  9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Busanschaltung (3) ein einen Komparator (17) aufweisende Empfängerteil (18) mit einer Triggerschwelle, die entsprechend der an der Busanschaltung (3) anliegenden Ist-Busspannung gleitet, umfaßt.
  10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschwelle durch eine Spannungsteilerschaltung (19, 20) für die Ist-Busspannung bestimmt ist.
  11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsteilerschaltung (21, 22) für einlaufende Signale derart vorgesehen ist, daß die Pegel sicher über bzw. unter der Triggerschwelle liegen.
  12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Busanschaltung (3) ein Sendeteil (23) mit einem kurzschlußschützten Schalter (24) aufweist.
  13. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeteil (23) einen Thyristor (28) umfaßt, der bei Überstrom auf den Zweidraht-Bus (4) für eine ganze Bitzeit des Signals gesperrt ist.
  14. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede prozessorgesteuerte Schaltung (2) und gegebenenfalls die Auswerteschaltung eine Zustandsanzeige (11, 12) aufweisen.
  15. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) an einen PC bzw. eine speicherprogrammierbare Steuerung angeschlossen ist.
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