NL9401197A

NL9401197A - Method and device for monitoring the relationship between logic signals.

Info

Publication number: NL9401197A
Application number: NL9401197A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Christiaan Steinz; Reinder Lubertus Van Lohuizen
Original assignee: Gti Holding Nv
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-03-01
Also published as: WO1996003680A1

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET BEWAKEN VAN DE RELATIE TUSSEN LOGISCHE SIGNALENMETHOD AND APPARATUS FOR MONITORING THE RELATIONSHIP BETWEEN LOGIC SIGNALS

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bewaken van de relatie tussen logische signalen.The present invention relates to a method of monitoring the relationship between logic signals.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze, alsmede op een beveiligingssysteem voorzien van dergelijke inrichtingen.The invention furthermore relates to a device for performing the method, as well as to a security system provided with such devices.

De werkwijze, de inrichting en het systeem voor het bewaken van de relatie tussen logische signalen die worden verwerkt in en worden toegevoerd aan beveiligingsschakelingen, welke ertoe dienen om in te grijpen in een regelproces, dan wel signalerings-, meet- of regelsignalen te verschaffen aan een regelkamer, teneinde bij het vaststellen van een ongewenste situatie in het regelproces adeguaat te kunnen ingrijpen, zijn van algemene bekendheid.The method, device and system for monitoring the relationship between logic signals which are processed in and supplied to protection circuits, which serve to intervene in a control process, or to provide signaling, measuring or control signals to A control room, in order to be able to intervene adeguately in determining an undesirable situation in the control process, are generally known.

In een dergelijke omgeving van beveiligingsschakelingen speelt de betrouwbaarheid en in het bijzonder de inherente betrouwbaarheid een zeer belangrijke rol. Bijvoorbeeld wanneer een of meerdere onderdelen in dergelijke beveiligingsschakelingen niet meer aan de oorspronkelijke specificaties voldoen, dient dit er nimmer aanleiding toe te geven, dat de schakeling uit zichzelf een signaal opwekt dat er ten onrechte op zou duiden, dat het te beveiligen proces op een niet gewenste wijze verloopt. Voorts mag een dergelijke fout er nimmer toe leiden, dat de beschikbaarheid van het beveiligingssysteem als geheel wordt aangetast, dat wil zeggen dat als er daadwerkelijk om een ingrijpen in het proces wordt gevraagd, het systeem zodanig dient te zijn opgebouwd, dat de noodzaak tot het ingrijpen wordt vastgesteld en verwerkt en dat ook aansluitend zo nodig daadwerkelijk wordt ingegrepen.In such an environment of protection circuits, the reliability and in particular the inherent reliability plays a very important role. For example, if one or more components in such protection circuits no longer meet the original specifications, this should never give rise to the circuit itself generating a signal that would wrongly indicate that the process to be protected is not proceeds in the desired manner. Furthermore, such an error should never lead to the availability of the security system as a whole being impaired, that is to say, if an intervention in the process is actually requested, the system must be constructed in such a way that the need for intervention is determined and processed and that subsequent action is taken if necessary.

Om de bedrijfszekerheid van veelal logische schakelingen, voor zover die van nature minder betrouwbaar zijn, te verhogen kunnen deze meerdere malen, bijvoorbeeld drie maal, worden opgebouwd. Met behulp van een zogeheten stem-of Voter schakeling wordt gecontroleerd of elk van de betreffende logische schakelingen dezelfde uitgangssignalen verschaffen. Op basis van een meerderheidsbeslissing in de Voter schakeling wordt aan de uitgang van de Voter schakeling al of niet een uitgangssignaal verschaft voor verdere verwerking in het beveiligingssysteem.To increase the operational reliability of mostly logic circuits, insofar as they are less reliable by nature, they can be built up several times, for example three times. With the aid of a so-called voice or Voter circuit, it is checked whether each of the relevant logic circuits provide the same output signals. On the basis of a majority decision in the Voter circuit, an output signal is or is not provided at the output of the Voter circuit for further processing in the protection system.

In het kader van onder meer dergelijke schakelingen is het noodzakelijk om te voorzien in een werkwijze, systeem en inrichting, waarin, nadat zich een bepaalde foutsituatie heeft voorgedaan, het uitgangssignaal van de inrichting blijvend van waarde verandert.In the context of such circuits, among other things, it is necessary to provide a method, system and device in which, after a certain error situation has occurred, the output signal of the device permanently changes its value.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel om een dergelijke werkwijze, inrichting en systeem te verschaffen, waarbij de opbouw van de inrichting zodanig is, dat deze zelf ook weer inherent veilig is en daarnaast een minimum aan noodzakelijke componenten bevat.The object of the present invention is to provide such a method, device and system, wherein the construction of the device is such that it itself is inherently safe and also contains a minimum of necessary components.

Daartoe bezit de werkwijze overeenkomstig de uitvinding de elementen, zoals deze in conclusie 1 zijn aangeduid.To that end, the method according to the invention has the elements as indicated in claim 1.

Het voordeel van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding is, dat op elk moment de relatie, bijvoorbeeld de onderlinge tijdvolgorde of de feitelijke aanwezigheid van de logische signalen binnen veiligheidsgrenzen bekend is, zodat bijvoorbeeld bij een al of niet tijdelijke onderbreking in een van de logische signalen, als gevolg van een storing, de transformator bij afwezigheid van het stuursignaal niet meer schakelt en het voedingssignaal, dat op zich weer nodig is voor het opwekken van het stuursignaal, niet langer wordt opgewekt. Met andere woorden, na een niet correcte relatie tussen de toegevoerde logische signalen wordt in de praktijk de voedingsspanning afgeschakeld.The advantage of the method according to the invention is that at any time the relationship, for example the mutual time sequence or the actual presence of the logic signals is known within safety limits, so that, for example, in the event of a temporary or non-temporary interruption in one of the logic signals, as a result of a malfunction, the transformer no longer switches in the absence of the control signal and the supply signal, which in itself is necessary for generating the control signal, is no longer generated. In other words, after an incorrect relationship between the supplied logic signals, the supply voltage is switched off in practice.

Mocht nadien de relatie tussen de logische signalen weer correct worden, dan kan als gevolg daarvan na de eerdere storing geen stuursignaal meer worden opgewekt, omdat het daartoe noodzakelijke voedingssignaal niet aanwezig is. Uit afwezigheid van het voedingssignaal blijkt een in het verleden opgetreden aantasting in de relatie tussen de te bewaken logische signalen.Should the relationship between the logic signals subsequently become correct again, a control signal can no longer be generated after the previous fault, because the necessary supply signal is not present. The absence of the supply signal shows a past damage in the relationship between the logic signals to be monitored.

Een mogelijke variant op de werkwijze overeenkomstig de uitvinding is in conclusie 2 nader omschreven.A possible variant of the method according to the invention is further described in claim 2.

Is de relatie tussen de te bewaken logische signalen op enig moment niet correct geweest, bijvoorbeeld als een signaal geheel afwezig is, dan wisselt de magnetisatie niet meer van richting en blijft deze constant, waarbij het stuursignaal dan afwezig blijft. De transformator wordt niet langer geschakeld en het voedingssignaal zal dan beneden een minimale waarde raken, ten teken dat de relatie tussen de logische signalen aangetast is geweest en er een foute situatie is opgetreden.If the relationship between the logic signals to be monitored has not been correct at any time, for example if a signal is completely absent, the magnetization no longer changes direction and remains constant, whereby the control signal then remains absent. The transformer is no longer switched and the power signal will then drop below a minimum value, indicating that the relationship between the logic signals has been compromised and a faulty situation has occurred.

De inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze is nader omschreven in conclusie 3.The device for performing the method is further described in claim 3.

Varianten op de uitvinding zijn omschreven in de verdere conclusies.Variants of the invention are defined in the further claims.

De uitvinding zal tezamen met de verdere voordelen nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuur, waarin een mogelijke uitvoeringsvorm van met name de inrichting voor het bewaken van de relatie tussen logische signalen, is getoond.The invention, together with the further advantages, will be further elucidated with reference to the annexed figure, in which a possible embodiment of in particular the device for monitoring the relationship between logic signals is shown.

De figuur toont een inrichting 1, welke van magnetiseerbare middelen, in de vorm van een ringkern 2 is voorzien, welke ringkern 2 via de hoofdstroombaan 3 van een eerste stuurbare halfgeleider 4 is gekoppeld met een transformator 5 voor het aan een uitgang 6 van de inrichting 1 opwekken van een voedingssignaal in de vorm van een voedingsspanning.The figure shows a device 1, which is provided with magnetizable means, in the form of an annular core 2, which annular core 2 is coupled via the main current path 3 of a first controllable semiconductor 4 to a transformer 5 for connecting to an output 6 of the device 1 generating a supply signal in the form of a supply voltage.

In de getoonde uitvoeringsvorm is de ringkern 2 voorzien van wikkelingen 7, 8, 9, 10, welke de ingangen vormen waaraan logische signalen worden toegevoerd, waarvan in het bijzonder de onderlinge tijdvolgorde dient te worden bewaakt. In de weergegeven uitvoeringsvorm is de wikkelzin van de wikkelingen 7 respectievelijk 8 en 9 respectievelijk 10 onderling tegengesteld, terwijl de wikkelingen 7, 8, 9 en 10 elk één of meer draadwikkelingen omvatten. Op deze wijze wordt aan stuurwikkeling 11 van ringkern 2 een exclusieve OR-werking gegeven. Namelijk als de logische signalen op de wikkelingen 9 en 10 beide aanwezig zijn, zijn de logische signalen op de wikkelingen 7 en 8 in staat om de ringkern 2 in de ene en vervolgens in de daaraan tegengestelde tweede richting te magnetiseren. De stuurwikkeling 11 is via een weerstand 12 aangesloten op de stuuringang 13, te weten de basis van de eerste stuurbare halfgeleider 4. Over de basis-emitterovergang hiervan staat een antipa-rallel geschakelde diode 14. Bij aanwezigheid van beide logische signalen op de wikkelingen 9 en 10 zal als gevolg van de wisselende magnetisatie een wisselende spanning op de basis 13 een corresponderende wisseling in do stroom door de hoofdstroombaan 3 van de halfgeleider 4 tot gevolg hebben. De hoofdstroombaan 3 is via een weerstandsdeler gekoppeld met de stuuringang 15 van een tweede stuurbare halfgeleider 16, wiens hoofdstroombaan in serie is geschakeld met de primaire zijde 17 van de transformator 5. Parallel aan de primaire zijde 17 staat een diode 17' in verbinding met de permanente voedingsspanning voor de inrichting 1. De secundaire zijde 18 van de transformator 5 is via een belastingweerstand 19 en een gelijkrichter-schakeling in de vorm van een diode 20 aangesloten op een afvlakschakeling, welke van een condensator 21 is voorzien voor het bij het geschakeld worden van de transformator 5 aan de uitgang 6 toevoeren van een voedingsgelijkspanning. De voedingsgelijkspanning wordt voorts gebruikt voor het via de collector 22 voeden van de eerste stuurbare halfgeleider 4.In the embodiment shown, the toroidal core 2 is provided with windings 7, 8, 9, 10, which form the inputs to which logic signals are applied, in particular of which the mutual time sequence must be monitored. In the illustrated embodiment, the winding sense of the windings 7 and 8 and 9 and 10, respectively, is mutually opposite, while the windings 7, 8, 9 and 10 each comprise one or more wire windings. In this way, the control winding 11 of toroidal core 2 is given an exclusive OR operation. Namely, if the logic signals on the windings 9 and 10 are both present, the logic signals on the windings 7 and 8 are able to magnetize the toroidal core 2 in one and then in the opposite second direction. The control winding 11 is connected via a resistor 12 to the control input 13, namely the base of the first controllable semiconductor 4. An anti-parallel switched diode 14 is provided over its base-emitter junction 14. When both logic signals are present on the windings 9 and 10, due to the alternating magnetization, an alternating voltage on the base 13 will result in a corresponding alternation in the current through the main current path 3 of the semiconductor 4. The main current path 3 is coupled via a resistance divider to the control input 15 of a second controllable semiconductor 16, whose main current path is connected in series with the primary side 17 of the transformer 5. Parallel to the primary side 17, a diode 17 'is connected to the permanent supply voltage for the device 1. The secondary side 18 of the transformer 5 is connected via a load resistor 19 and a rectifier circuit in the form of a diode 20 to a smoothing circuit which is provided with a capacitor 21 for switching on from the transformer 5 to supply a DC supply voltage to the output 6. The DC supply voltage is further used to supply the first controllable semiconductor 4 via the collector 22.

De werking van de inrichting 1 is zodanig, dat de wisselende magnetisatie in de ringkern 2 de eerste stuurbare halfgeleider 4 open en dicht doet gaan in het ritme van de achtereenvolgende logische stuursignalen op de wikkelingen 7 en 8. De aldus variërende stroom in de hoofdstroombaan 3 beïnvloedt het stuursignaal op stuuringang 15 van de tweede stuurbare halfgeleider 16, welke als gevolg daarvan in hetzelfde ritme open en dicht gaat. Derhalve wordt de transformator 5 afwisselend stroomvoerend en niet-stroom-voerend gemaakt, als gevolg waarvan aan de secundaire zijde 18 een wisselspanning ontstaat die na gelijkrichting in de schakeling 20 wordt afgevlakt tot een voedingsgelijkspan-ning op uitgang 6 die de eerste stuurbare halfgeleider 4 in staat stelt om met deze spanning gevoed te schakelen.The operation of the device 1 is such that the alternating magnetization in the toroidal core 2 opens and closes the first controllable semiconductor 4 in the rhythm of the successive logic control signals on the windings 7 and 8. The thus varying current in the main current path 3 affects the control signal at control input 15 of the second controllable semiconductor 16, which consequently opens and closes at the same rhythm. Therefore, the transformer 5 is made alternating current-carrying and non-current-carrying, as a result of which an alternating voltage arises on the secondary side 18, which is smoothed after rectification in the circuit 20 to a supply voltage on output 6 which the first controllable semiconductor 4 allows to switch powered with this voltage.

Indien op enig moment de relatie tussen de logische signalen op de stuurwikkelingen 7 en 8 als gevolg van bijvoorbeeld een storing wordt beïnvloed, schakelt op dat moment de transformator niet langer, waardoor de afvlakschakeling 21 zijn lading binnen een zekere tijdspanne verliest onder meer aan een niet weergegeven op uitgang 6 aangesloten belasting, zodat op het moment dat de voedingsspanning op uitgang 6 beneden een bepaald minimum niveau komt deze ook bij een terugkerende correcte relatie tussen de logische signalen op de wikkelingen 7 en 8, niet meer in staat zal zijn om de halfgeleider 4 te voeden. De spanning op uitgang 6 zal hierdoor na het vaststellen van een eerste storing in de genoemde relatie inzakken tot nul, ten teken dat een storing is opgetreden. Dezelfde situatie zal zich voordoen als slechts een van beide logische signalen op de wikkelingen 9 en 10 aanwezig is, omdat op dat moment de logische signalen in de wikkelingen 7 en 8 niet langer in staat zullen zijn om de magnetisatie in ringkern 2 te wijzigen.If at any time the relationship between the logic signals on the control windings 7 and 8 is influenced as a result of, for example, a disturbance, the transformer no longer switches at that moment, so that the smoothing circuit 21 loses its charge within a certain period of time, inter alia to a non load connected to output 6, so that the moment the supply voltage on output 6 falls below a certain minimum level, it will no longer be able to connect the semiconductor even with a recurring correct relationship between the logic signals on windings 7 and 8. 4 to feed. As a result, the voltage on output 6 will drop to zero after a first disturbance in the said relationship has been determined, to indicate that a disturbance has occurred. The same situation will arise if only one of the logic signals is present on the windings 9 and 10, because at that time the logic signals in the windings 7 and 8 will no longer be able to change the magnetization in toroidal core 2.

De tijdspanne waarbinnen de lading in de afvlakschakeling 21 beneden een minimaal voor de halfgeleider 4 nodig func- tioneringsniveau komt wordt voor een optimale mate van beveiligen zodanig gekozen, dat wanneer enkele, bijvoorbeeld 5 van de noodzakelijke wisselingen van de magnetisatie in de ringkern 2 achterwege blijven, na een herstel van de relatie of de signaalwaarde van de toegevoerde logische signalen en dus van de wisselende magnetisatie, de signaalwaarde op uitgang 6 reeds beneden het minimale functione-ringsniveau is gedaald, Het signaal op uitgang 6 zal dan achterwege blijven ten teken van een opgetreden storing in de te bewaken relatie tussen de logische signalen die aan de wikkelingen 7-10 op ringkern 2 zijn toegevoerd.The time period within which the charge in the smoothing circuit 21 falls below a minimum level of functioning required for the semiconductor 4 is chosen for an optimum degree of protection such that when some, for example 5 of the necessary magnetization changes in the toroid 2 are omitted. , after a restoration of the relationship or the signal value of the supplied logic signals and thus of the alternating magnetization, the signal value on output 6 has already dropped below the minimum operating level. The signal on output 6 will then be omitted as a sign of fault has occurred in the relationship to be monitored between the logic signals applied to the windings 7-10 on toroidal 2.

Teneinde na een storing en bij herstel van de correcte relatie tussen de logische signalen op de wikkelingen 7-10, de werking van d£ inrichting 1 te herstellen, dient een pulsvormig signaal aan de ingang 23 van een startschakeling 24 te worden toegevoerd. De startschakeling 24 bevat onder meer een differentiatorschakeling 25, 26, welke met de stuuringang 15 van de halfgeleider 16 is gekoppeld, zodat na een aan de stuuringang 15 toevoeren van een startpuls en het daardoor tijdelijk stroomvoerend maken van de hoofdstroombaan van de halfgeleider 16, de spanning op uitgang 6 tot boven het minimale niveau stijgt en de dan schakelende transformator 17 de voedingsspanning op uitgang 6 kan herstellen. De logische ingangssignalen kunnen dan de halfgeleider 4 schakelen, welke op zijn beurt de halfgeleider 16 aan en uit schakelt, waarna de correcte werking van de inrichting 1 weer is hersteld en hersteld blijft, totdat een volgende storing optreedt.In order to restore the operation of the device 1 after a malfunction and when the correct relationship between the logic signals on the windings 7-10 is restored, a pulse-shaped signal must be applied to the input 23 of a starting circuit 24. The starting circuit 24 includes a differentiator circuit 25, 26, which is coupled to the control input 15 of the semiconductor 16, so that after applying a starting pulse to the control input 15 and thereby making the main current path of the semiconductor 16 temporarily current-carrying, the voltage on output 6 rises above the minimum level and the transformer 17 then switching can restore the supply voltage on output 6. The logic input signals can then switch the semiconductor 4, which in turn switches the semiconductor 16 on and off, after which the correct operation of the device 1 is restored and remains restored, until a subsequent malfunction occurs.

Vanzelfsprekend zijn diverse typen meerlaagshalfgeleiders toepasbaar als schakelaar op de plaats van de halfgeleiders 4 en 16.Naturally, various types of multilayer semiconductors can be used as a switch in place of semiconductors 4 and 16.

De gelijkrichtschakeling 20 kan bijvoorbeeld dubbelfasig zijn en desgewenst kan de afvlakschakeling 21 meerdere al of niet door een weerstand gescheiden condensatoren bevatten .The rectifying circuit 20 may, for example, be biphasic and, if desired, the smoothing circuit 21 may comprise a plurality of capacitors, separated or not by a resistor.

Claims

Method for monitoring the relationship between logic signals from which a control signal is derived, with which a transformer is switched, the switching transformer generates a supply signal which is necessary for deriving the control signal, and when the to be monitored is affected the relationship between the logic signals is stopped and the generation of the supply signal is discontinued due to the loss of the control signal.

The method of claim 1, wherein the control signal is generated by an alternating oppositely directed magnetization which is maintained at a correct relationship between the logic signals.

Apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 and 2, which apparatus comprises magnetisable means provided with inputs for supplying the logic signals between which the mutual relationship can be monitored, and provided with an output terminal to which an induced control signal is removable, at least one semiconductor fed with a power signal and a control input coupled to the output terminal, the main current path of the controllable semiconductor being coupled to the primary side of a transformer, the secondary side of which supplies the controllable semiconductor with the power signal.

The device of claim 3, which device comprises a rectifying smoothing circuit having a capacitance, the power signal being maintained above a minimum operating level for a period of time, which time period is greater than a time relationship to be monitored between the logic signals.

The device according to any one of claims 3 and 4, wherein the magnetic means comprises at least one toroidal core with windings for the logic signals and the control signal, and the toroidal core is constructed such that the logic signals form the toroidal core in the one and can subsequently magnetize in the opposite opposite direction.

The device of any one of claims 3-5, wherein the main current path of the controllable semiconductor is coupled to the control input of a further controllable semiconductor connected in series with the transformer.

Device as claimed in claim 6, wherein the control input of the further controllable semiconductor is connected to the output of a start circuit.

The device of claim 7, wherein the start circuit includes a differentiator circuit.

Security system provided with one or more devices according to any one of claims 3-7, which security system comprises at least one safety circuit connected to the at least one device for providing the device with a supply signal for the at least one safety circuit.