WO1999027552A1 - Schaltung zur überwachung eines wechselstromschalters - Google Patents

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WO1999027552A1
WO1999027552A1 PCT/EP1998/007086 EP9807086W WO9927552A1 WO 1999027552 A1 WO1999027552 A1 WO 1999027552A1 EP 9807086 W EP9807086 W EP 9807086W WO 9927552 A1 WO9927552 A1 WO 9927552A1
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digital module
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switch
output
voltage
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PCT/EP1998/007086
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English (en)
French (fr)
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Klaus Obrecht
Original Assignee
Siemens Building Technologies Ag
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    • 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"
    • H—ELECTRICITY
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    • 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 circuit for monitoring an AC switch of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such circuits are used, for example, in devices for the control and monitoring of the burner and the ignition device of oil and gas firing systems and for monitoring switches for actuators, such as fuel valves and ventilation flaps, with a microprocessor evaluating the information supplied via line voltage-carrying signal lines and issuing corresponding control commands.
  • a microprocessor evaluating the information supplied via line voltage-carrying signal lines and issuing corresponding control commands.
  • 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 for oil burners according to the preamble of claim 1 is known, in which information about the switching states of relay and sensor contacts are transmitted 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 signal 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.
  • the invention has for its object to provide a circuit for monitoring an AC switch with which a load can be switched to a mains voltage, which can be fed relative to the zero point of the mains voltage and whose safety-relevant components can be checked for correct functionality at any time during continuous operation of the circuit.
  • FIG. 5 shows a first extension of the circuit
  • FIG. 6 shows a second extension of the circuit
  • the circuit 1 shows a circuit 1 for monitoring an AC switch 2.
  • the circuit 1 is fed by a mains voltage U PN lying between a phase P and a zero point N.
  • the AC switch 2 can, for example, as shown in dashed lines in FIG. 1, switch a load 3 to the mains voltage Up N.
  • the AC switch 2 and the load 3 are connected in series, a connection of the AC switch 2 being connected to the phase P and a connection of the load 3 being connected to the zero point N.
  • the tap between the AC switch 2 and the load 3 is connected to an input 4 of the circuit 1.
  • the AC switch 2 can also be a switch whose position - open or closed - serves as a signal or control signal.
  • the AC switch 2 is an overtemperature switch that opens as soon as a predetermined temperature is exceeded, or that the AC switch 2 is a limit switch that opens (or closes) as soon as a device reaches a predetermined position.
  • the load 3 is simply to be imagined in FIG. 1.
  • the one connection of the AC switch 2 is thus connected to the phase P of the line voltage Up N and the other connection is connected to the input 4 of the circuit 1.
  • the circuit 1 which has the usual supply voltage connections V DD and V S s, is supplied in a known manner, for example with a voltage part formed from a diode 5, a resistor 6, a Zener diode 7 and a capacitor 8, from the voltage U PN , the supply voltage connection V S s being connected to the zero point N.
  • the supply of the circuit 1 can also on another type, for example by means of a transformer with subsequent rectification, stabilization and galvanic coupling to the zero point N.
  • the input 4 is connected via a diode 9 and a first resistor 10 to a high-resistance input 11 of a first digital module 12.
  • a second resistor 13 connects the high-impedance input 11 to an output 14 of a second digital module 15.
  • the input 11 and the output 14 of the two digital modules 12 and 15 are, as usual, connected to the supply voltage V DD and the zero point N via protective diodes 16.
  • the interrogation of the position of the alternating current switch 2 and the execution of a component test on the functionality of the components 9, 10 and 13 can be carried out in time-separated methods or by means of a common method.
  • the state of the AC switch 2 - open or closed - can be queried without checking the components by connecting the output 14 of the digital module 15 to the zero point N.
  • 2 shows for the two states AC switch 2 closed or open as a function of time t: a) the voltage curve at the input of diode 9, b) the voltage curve at the output of diode 9, c) the voltage curve at input 11 of the first digital module 12, d) the scanning pulses, e) binary signals 0 or 1 at the output 17 (FIG. 1) of the first digital module 12, which result from the scanning of the voltage present at the input 11 of the first digital module 12 with the scanning pulses.
  • the voltage curve is at the input 11 of the first digital component 12 when the AC switch 2 is closed practically rectangular and in phase with the voltage U PN .
  • the resistors 10 and 13 act as voltage dividers. With each scanning pulse, a binary signal 0 or 1 appears at the output 17 of the first digital module 12, which indicates whether the voltage at the input 11 is lower or higher than a threshold voltage U s of 2.5 V, for example, specified by the input 11.
  • the further evaluation of the sampling can take place, for example, by summing the signals 0 or 1 occurring during a certain time period, the time period being longer than half a network period. When AC switch 2 is open, this sum must be zero. When AC switch 2 is closed, this sum must on the one hand result in a finite, non-zero value, and on the other hand the values of the signal must contain both values 0 and 1 within the said time period.
  • a positive voltage is applied to the output 14 of the second digital module 15, which is greater than the threshold value voltage U s . If the resistor 13 is intact, then the voltage at the input 11 of the first digital module 12 is also greater than the threshold voltage Us. The period of time during which the positive at output 14
  • Voltage is present is greater than a network half-wave and shorter than a network full-wave.
  • a component fault occurs when the signals appearing at the output 17 of the first digital module 12 do not correspond to the expected signals, as will now be explained in more detail.
  • 3 a and 3 b show in the case of the intact or the short-circuited diode 9 again for the two states AC switch 2 closed or open in function of the time t: a) the voltage curve at the output of the diode 9, b) the Voltage curve at the output 14 of the second digital module 15, c) the voltage curve at the input 11 of the first digital module 12, d) the scanning pulses, and e) the signals at the output 17 of the first digital module 12.
  • the voltage at the input 11 of the first digital module 12 is independent of the voltage at the output 14 of the second digital module 15.
  • the signals at the output 17 of the first digital module 12 are then in phase with the voltage on Input 4 of circuit 1.
  • the voltage at the input 11 of the first digital module 12 depends only on the voltage at the output 14 of the second digital module 15 and on whether the resistor 13 is intact or interrupted. If the resistor 13 is intact, then the voltage at the output 17 of the first digital module 12 must be in phase with the voltage at the output 14 of the second digital module 15. If the resistor 13 is interrupted, then only signals 0 may appear at the output 17 of the first digital module 12.
  • the first column symbolically shows whether the AC switch 2 is open or closed and whether the diode 9 and the resistors 10 and 13 are intact or not.
  • the number N in the second column indicates how many signals with the value 1 appear at the output 17 of the first digital module 12 if there are twenty sampling pulses per full wave and if the voltage at the output 14 of the second digital module 15 during a period of time, the fourteen sampling pulses includes, above the threshold voltage U s .
  • the output 14 of the second digital module 15 normally carries the level of the zero point N, but is set to the higher frequency R at regular intervals for the duration of a single scanning pulse, at which the voltage at the input 11 of the first digital module 12 exceeds the threshold voltage U s exceeds.
  • M sampling pulses are generated and the binary samples at the output 17 of the first digital module 12 are summed up to the sum Z.
  • the diagrams show for the two states AC switch 2 closed or open as a function of time t: a) the voltage curve at the output of the diode 9, b) the voltage curve at the output 14 of the second digital module 15, c) the voltage curve at the input 11 of the first Digital module 12, d) the scanning pulses, and e) the signals at the output 17 of the first digital module 12.
  • FIG. 5 shows an extension of the circuit 1, with which several AC switches 2 can be monitored.
  • the special feature of this circuit is that the second resistors 13 are all routed to a common output 14.
  • transistor stages 18, 19 are used here.
  • FIG. 6 shows an expansion of the circuit 1 in which the input 11 of the first digital module 12 can also be switched as an output and the output 14 of the second digital module 15 can also be switched as an input.
  • the input 11 and the output 14 are thus bidirectional ports 20, 21.
  • the connection of the first resistor 10 is now connected to the first port 20 via a resistor 22 and to the second port 21 via a further resistor 23.
  • the circuit structure with respect to the ports 20, 21 is therefore symmetrical, so that the function of the ports 20, 21 - "input” or "output” - is interchangeable. Therefore, by repeating the tests, with the wiring of the two ports 20, 21 swapped as the input or output, the functionality of the digital modules 12 and 15 can also be checked.
  • the circuit 1 offers the advantage over known circuits that, when the AC switch 2 is open, capacitively coupled AC voltages are suppressed as a result of parasitic line capacitances.
  • the injected AC voltage is rectified by the diode 9.
  • the line capacitances are polarized as a result, so that the injected AC voltage is shifted by DC in terms of the peak value of the injected AC voltage.
  • the diode 9 is arranged in such a way that the injected AC voltage has a negative DC voltage component. AC voltages coupled in capacitively can therefore not influence the signals at the output 17 of the first digital module 12.

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Eine Schaltung (1) zur Überwachung des Zustandes - offen oder geschlossen - eines Wechselstromschalters (2) weist einen Eingang (4) auf, der über eine Diode (9) und einen ersten Widerstand (10) mit einem hochohmigen Eingang (11) eines ersten Digitalbausteins (12) verbunden ist. Der eine Anschluss des Wechselstromschalters (2) ist mit der Phase (P) einer Netzspannung (UPN), der andere Anschluss mit dem Eingang (4) der Schaltung (1) verbunden. Der hochohmige Eingang (11) des ersten Digitalbausteins (12) ist über einen zweiten Widerstand (13) mit einem Ausgang (14) eines zweiten Digitalbausteins (15) verbunden. Der Ausgang (14) des zweiten Digitalbausteins (15) wird nach einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entweder mit dem Nullpunkt (N) der Netzspannung (UPN) verbunden oder führt eine Spannung, die grösser als die Schwellwertspannung (US) des Eingangs (11) des ersten Digitalbausteins (12) ist. An einem dem Eingang (11) zugeordneten Ausgang (17) des ersten Digitalbausteins (12) ist ein Signal vorhanden, aus dem ableitbar ist, ob der Wechselstromschalter (2) geschlossen und die Diode (9) und der zweite Widerstand (13) intakt sind oder ob der Wechselstromschalter (2) offen ist.

Description

Schaltung zur Überwachung eines Wechselstromschalters
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Überwachung eines Wechselstromschalters der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Derartige Schaltungen werden beispielsweise in Einrichtungen 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 ein 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 sicherheits- technisch kritische Lasten wie beispielsweise ein Brennstoffventil schalten, häufig zu überprüfen, um eine Fehlfunktion der Schalteinrichtung erkennen zu können, bevor eine gefährliche Situation entsteht.
Aus der DE-PS 30 44 047 und der prioritätsälteren DE-PS 30 41 521 C2 ist eine Steuereinrichtung für Ölbrenner gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 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 Mikro- prozessor 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.
Weiter sind bei einer aus der DE-OS 41 37 204 bekannten Anordnung zur Überwachung von Wechsel- stromschaltem 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 Schalter- zustandssignal 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. Aus den europäischen Patenten EP 660 043 und EP 660 044 sind ebenfalls Schaltungen zur Überwachung von Wechselstromschaltern bekannt. Diese Schaltungen lassen sich im Dauerbetrieb jedoch nicht bezüglich der korrekten Funktionsfähigkeit ihrer sicherheitsrelevanten Bauelemente überprüfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Überwachung eines Wechselstromschalters anzugeben, mit dem eine Last an eine Netzspannung schaltbar ist, die gegenüber dem Nullpunkt der Netzspannung speisbar ist und deren sicherheitsrelevante Bauelemente im Dauerbetrieb der Schaltung jederzeit auf ihre korrekte Funktionsfähigkeit hin überprüfbar sind.
Die Erfindung besteht in den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltung zur Überwachung eines Wechselstromschalters,
Fig. 2, 3, 4 Spannungs- und Signaldiagramme,
Fig. 5 eine erste Erweiterung der Schaltung, und Fig. 6 eine zweite Erweiterung der Schaltung,
Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung 1 zur Überwachung eines Wechselstromschalters 2. Die Schaltung 1 wird von einer zwischen einer Phase P und einem Nullpunkt N liegenden Netzspannung UPN gespeist. Der Wechselstromschalter 2 kann z.B., wie in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, eine Last 3 an die Netzspannung UpN schalten. Dabei sind der Wechselstromschalter 2 und die Last 3 in Reihe geschaltet, wobei ein Anschluss des Wechselstromschalters 2 mit der Phase P und ein Anschluss der Last 3 mit dem Nullpunkt N verbunden ist. Der Abgriff zwischen dem Wechselstromschalter 2 und der Last 3 ist mit einem Eingang 4 der Schaltung 1 verbunden.
Der Wechselstromschalter 2 kann aber auch ein Schalter sein, dessen Stellung - offen oder geschlossen - als Melde- oder Steuersignal dient. Beispielhaft sei erwähnt, dass der Wechselstromschalter 2 ein Übertemperaturschalter ist, der öffnet, sobald eine vorbestimmte Temperatur überschritten wird, oder dass der Wechselstromschalter 2 ein Endschalter ist, der öffnet (oder schliesst), sobald ein Gerät eine vorbestimmte Position erreicht. In diesem Fall ist in der Fig. 1 die Last 3 einfach wegzudenken.
In allen Fällen ist somit der eine Anschluss des Wechselstromschalters 2 mit der Phase P der Netzspannung UpN und der andere Anschluss mit dem Eingang 4 der Schaltung 1 verbunden.
Die Schaltung 1, die die üblichen Speisespannungsanschlüsse VDD und VSs aufweist, ist in bekannter Weise, beispielsweise mit einem aus einer Diode 5, einem Widerstand 6, einer Zenerdiode 7 und einem Kondensator 8 gebildeten Spannungsteil, von der Spannung UPN gespeist, wobei der Speisespannungs- anschluss VSs mit dem Nullpunkt N verbunden ist. Die Speisung der Schaltung 1 kann aber auch auf andere Art erfolgen, beispielsweise mittels eines Trafos mit nachfolgender Gleichrichtung, Stabilisierung und galvanischer Kopplung zum Nullpunkt N.
Der Eingang 4 ist über eine Diode 9 und einen ersten Widerstand 10 mit einem hochohmigen Eingang 11 eines ersten Digitalbausteins 12 verbunden. Ein zweiter Widerstand 13 verbindet den hochohmigen Eingang 11 mit einem Ausgang 14 eines zweiten Digitalbausteins 15. Der Eingang 11 und der Ausgang 14 der beiden Digitalbausteine 12 bzw. 15 sind wie üblich über Schutzdioden 16 mit der Speisespannung VDD und dem Nullpunkt N verbunden.
Aus Sicherheitsgründen dürfen Bauelementefehler nicht dazu führen, dass die Schaltung 1 einen geöffneten Wechselstromschalter 2 als geschlossenen Wechselstromschalter interpretiert- Es müssen daher alle Bauelementefehler, die zu einem sicherheitstechnisch gefährlichen Resultat führen könnten, von der Schaltung 1 selbsttätig erkannt werden. Dazu ist die Durchführung eines Bauteiletests vorgesehen. Ist beispielsweise die Diode 9 infolge eines Defektes kurzgeschlossen, dann dürfen kapazitiv eingekoppelte Signale am Eingang 4 der Schaltung 1 nicht dazu führen, dass die Schaltung 1 irrtümlich meldet, dass der Wechselstromschalter 2 geschlossen ist. Ein Unterbruch des Widerstandes 13 führt ebenfalls zu einer Veränderung der Spannung am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12. Auch dies darf nicht zu einem sicherheitstechnisch gefährlichen Resultat bezüglich der Stellung des Wechselstromschalters 2 führen. Die Widerstände 10 und 13 sind in einer Technologie hergestellt, die als Defekt nur einen Unterbruch, nicht aber einen Kurzschluss zulässt. Deshalb genügt es, die Widerstände 10 und 13 auf einen Unterbruch hin zu testen.
Die Durchführung einer Abfrage der Stellung des Wechselstromschalters 2 und die Durchführung eines Bauteiletests über die Funktionsfähigkeit der Bauteile 9, 10 und 13 kann in zeitlich getrennten Verfahren oder mittels eines gemeinsamen Verfahrens erfolgen.
Eine Abfrage des Zustandes des Wechselstromschalters 2 - offen oder geschlossen -, ohne Überprüfung der Bauteile, kann erfolgen, indem der Ausgang 14 des Digitalbausteins 15 mit dem Nullpunkt N verbunden wird. Die Fig. 2 zeigt nun für die beiden Zustände Wechselstromschalter 2 geschlossen bzw. offen in Funktion der Zeit t: a) den Spannungsverlauf am Eingang der Diode 9, b) den Spannungsverlauf am Ausgang der Diode 9, c) den Spannungsverlauf am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12, d) die Abtastimpulse, e) binäre Signale 0 oder 1 am Ausgang 17 (Fig. 1) des ersten Digitalbausteins 12, die durch die Abtastung der am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12 anliegenden Spannung mit den Abtastimpulsen entstehen.
Wegen der in den Digitalbausteinen 12 und 15 (Fig. 1) vorhandenen Schutzdioden 16 ist der Spannungs- verlauf bei geschlossenem Wechselstromschalter 2 am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12 praktisch rechteckförmig und in Phase mit der Spannung UPN. Die Widerstände 10 und 13 wirken als Spannungsteiler. Bei jedem Abtastimpuls erscheint am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 ein binäres Signal 0 oder 1, das angibt, ob die Spannung am Eingang 11 tiefer oder höher als eine vom Eingang 11 vorgegebene Schwellwertspannung Us von beispielsweise 2.5 V ist. Die weitere Auswertung der Abtastung kann z.B. erfolgen, indem die während einer bestimmten Zeitspanne anfallenden Signale 0 bzw. 1 summiert werden, wobei die Zeitspanne länger als eine halbe Netzperiode ist. Bei offenem Wechselstromschalter 2 muss diese Summe Null ergeben. Bei geschlossenem Wechselstromschalter 2 muss diese Summe einerseits einen endlichen, von Null verschiedenen Wert ergeben, andererseits müssen die Werte des Signals innerhalb der besagten Zeitspanne sowohl Werte 0 als auch Werte 1 enthalten.
Zur Durchführung des Bauteiletests, mit dem überprüft werden kann, ob die Diode 9 nicht kurzgeschlossen oder einer der Widerstände 10 oder 13 unterbrochen ist, wird am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 eine positive Spannung angelegt, die grösser als die Schwellwertspannung Us ist. Ist der Widerstand 13 intakt, dann ist die Spannung am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12 ebenfalls grösser als die Schwellwertspannung Us. Die Zeitspanne, während der am Ausgang 14 die positive
Spannung anliegt, ist grösser als eine Netzhalbwelle und kürzer als eine Netzvollwelle. Ein Bauteilfehler liegt dann vor, wenn die am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 erscheinenden Signale nicht den erwarteten Signalen entsprechen, wie sie nun näher erläutert werden.
Die Fig. 3 a und 3 b zeigen für den Fall der intakten bzw. der kurzgeschlossenen Diode 9 wiederum für die beiden Zustände Wechselstromschalter 2 geschlossen bzw. offen in Funktion der Zeit t: a) den Spannungsverlauf am Ausgang der Diode 9, b) den Spannungsverlauf am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15, c) den Spannungsverlauf am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12, d) die Abtastimpulse, und e) die Signale am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12.
Falls der Wechselstromschalter 2 geschlossen ist und die Diode 9 und die Widerstände 10 und 13 intakt sind (Fig. 3a), erscheinen am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 dann Signale mit dem Wert 1, wenn die Spannung am Eingang 11 infolge einer aktuellen positiven Netzhalbwelle oder infolge einer positiven Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 die Schwell wertspannung Us überschreitet.
Bei einem Kurzschluss der Diode 9 (Fig. 3b) hingegen erscheinen nur während der positiven Netzhalbwelle Signale mit dem Wert 1 : Während der negativen Netzhalbwelle liegt die Spannung am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12 unterhalb des Schwellwertes Us, so dass am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 Signale mit dem Wert 0 erscheinen.
Falls der Widerstand 10 unterbrochen ist, dann ist die Spannung am Eingang 11 des ersten Digital- bausteins 12 unabhängig von der Stellung des Wechselstromschalters 2 und gleich der Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15, also erscheinen am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 Signale 1 oder 0, die in Phase mit der Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 sind.
Falls der Widerstand 13 unterbrochen ist, dann ist die Spannung am Eingang 1 1 des ersten Digital- bausteins 12 unabhängig von der Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15. Die Signale am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 sind dann in Phase mit der Spannung am Eingang 4 der Schaltung 1.
Ist der Wechselstromschalter 2 offen, dann hängt die Spannung am Eingang 1 1 des ersten Digitalbausteins 12 nur von der Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 und davon ab, ob der Widerstand 13 intakt oder unterbrochen ist. Ist der Widerstand 13 intakt, dann muss die Spannung am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 in Phase mit der Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 sein. Ist der Widerstand 13 unterbrochen, dann dürfen am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 nur Signale 0 erscheinen.
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten. In der ersten Kolonne ist symbolisch dargestellt, ob der Wechselstromschalter 2 offen oder geschlossen ist und ob die Diode 9 und die Widerstände 10 und 13 intakt sind oder nicht. Die Zahl N in der zweiten Kolonne gibt an, wieviele Signale mit dem Wert 1 am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 erscheinen, wenn pro Netzvollwelle zwanzig Abtastimpulse vorgesehen sind und wenn die Spannung am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 während einer Zeitspanne, die vierzehn Abtastimpulse umfasst, über der Schwellspannung Us liegt.
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Der Bauteiletest muss also eine Zahl N ergeben, die grösser oder gleich 14 ist. Ist der Wechselstromschalter 2 geschlossen, dann sind die Diode 9 und die Widerstände 10 und 13 intakt, wenn die Zahl N > 14 ist. Ist der Wechselstromschalter 2 offen, dann kann nur der Widerstand 13 überprüft werden. Er ist intakt, wenn die Zahl N = 14 ist. Ergibt der Bauteiletest eine Zahl N, die kleiner als 14 ist, dann liegt ein Bauteilfehler vor. Ergibt der Bauteiletest eine Zahl N, die grösser oder gleich 14 ist, dann kann der Zustand - offen oder geschlossen - des Wechselstromschalters 2 nun wie oben erläutert durch eine Abfrage festgestellt werden, bei der der Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 mit dem Nullpunkt N verbunden ist. Anhand der Fig. 4 ist noch ein Ausfuhrungsbeispiel erläutert, bei dem die Abfrage der Stellung des Wechselstromschalters 2 und die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Bauelemente in einem einzigen Verfahren erfolgt. Der Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 führt normalerweise den Pegel des Nullpunktes N, wird jedoch mit der Häufigkeit R in regelmässigen Abständen für die Dauer eines einzigen Abtastimpulses auf einen höheren Pegel gesetzt, bei dem die Spannung am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12 die Schwellwertspannung Us überschreitet. Während einer vollen Netzwelle TN werden M Abtastimpulse generiert und die binären Abtastwerte am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 zur Summe Z aufsummiert. Die Diagramme zeigen für die beiden Zustände Wechselstromschalter 2 geschlossen bzw. offen in Funktion der Zeit t: a) den Spannungsverlauf am Ausgang der Diode 9, b) den Spannungsverlauf am Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15, c) den Spannungsverlauf am Eingang 11 des ersten Digitalbausteins 12, d) die Abtastimpulse, und e) die Signale am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12.
Die folgende Tabelle zeigt die möglichen Werte der Summe Z und deren Bedeutung, wobei neben den allgemein gültigen Angaben auch Angaben f r das konkrete Beispiel mit M=32 und R=8 angegeben sind.
Figure imgf000009_0001
z= + R,
2 2 bedeutet also, dass der Wechselstromschalter 2 "geschlossen" ist und dass die Bauteile 9, 10 und 13 intakt sind. Z=R bedeutet, dass der Wechselstromschalter 2 "offen" ist, wobei der Zustand der Diode 9 und des Widerstandes 10 allerdings nicht bestimmt werden kann. Wird jedoch zusätzlich immer dann, wenn die Spannung am Ausgang 14 über der Schwellwertspannung Us liegt, überprüft, ob der Ausgang 17 den Abtastwert "1" führt, dann kann daraus ermittelt werden, ob die Diode 9 kurzgeschlossen oder der Widerstand 13 unterbrochen ist. Ein Unterbruch des Widerstandes 10 hingegen wird immer als Wechselstromschalter 2 "offen" interpretiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass innerhalb einer Netzwelle feststellbar ist, ob ein die Sicherheit beeinträchtigender Bauteilfehler vorliegt und welche Stellung der Wechselstromschalter 2 einnimmt. Es ist aus sicherheitstechnischer Sicht tolerierbar, wenn die Werte für Z um ± 1 vom korrekten Wert abweichen. Es ist dann nämlich nicht nötig, die Frequenz der Abtastimpulse mit der Netzspannung zu synchronisieren.
Die Fig. 5 zeigt eine Erweiterung der Schaltung 1, mit der sich mehrere Wechselstromschalter 2 überwachen lassen. Das Besondere an dieser Schaltung ist, dass die zweiten Widerstände 13 alle auf einen gemeinsamen Ausgang 14 geführt sind. Anstelle der Digitalbausteine 12, 15 (Fig. 1), die auch verwendet werden könnten, sind hier Transistorstufen 18, 19 eingesetzt.
Die Fig. 6 zeigt eine Erweiterung der Schaltung 1 , bei der der Eingang 1 1 des ersten Digitalbausteins 12 auch als Ausgang und der Ausgang 14 des zweiten Digitalbausteins 15 auch als Eingang geschaltet werden können. Der Eingang 11 und der Ausgang 14 sind also bidirektionale Ports 20, 21. Der Anschluss des ersten Widerstandes 10 ist nun über einen Widerstand 22 mit dem ersten Port 20 und über einen weiteren Widerstand 23 mit dem zweiten Port 21 verbunden. Der Schaltungsaufbau bezüglich der Ports 20, 21 ist also symmetrisch, so dass die Funktion der Ports 20, 21 - "Eingang" oder "Ausgang" - vertauschbar ist. Daher kann durch Wiederholen der Tests, wobei die Beschaltung der beiden Ports 20, 21 als Eingang bzw. Ausgang vertauscht ist, auch die Funktionsfähigkeit der Digitalbausteine 12 und 15 mitüberprüft werden.
Die Schaltung 1 (Fig. 1 und 6) bietet den Vorteil gegenüber bekannten Schaltungen, dass bei offenem Wechselstromschalter 2 infolge parasitärer Leitungskapazitäten kapazitiv eingekoppelte Wechselspannungen unterdrückt werden. Die eingekoppelte Wechselspannung wird von der Diode 9 gleichgerichtet. Die Leitungskapazitäten werden dadurch polarisiert, so dass die eingekoppelte Wechsel- Spannung DC-mässig um den Spitzenwert der eingekoppelten Wechselspannung verschoben wird. Die Diode 9 ist derart angeordnet, dass die eingekoppelte Wechselspannung einen negativen Gleichspannungsanteil besitzt. Kapazitiv eingekoppelte Wechselspannungen können somit die Signale am Ausgang 17 des ersten Digitalbausteins 12 nicht beeinflussen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Schaltung (1) zur Überwachung des Zustandes - offen oder geschlossen - eines Wechselstromschalters (2), dessen einer Anschluss mit der Phase (P) einer Netzspannung (UPN) verbunden ist und dessen anderer Anschluss mit einem Eingang (4) der Schaltung (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (4) über eine Diode (9) und einen ersten Widerstand (10) mit einem hochohmigen Eingang (11) eines ersten Digitalbausteins (12) verbunden ist, dass der hochohmige Eingang (1 1) des ersten Digitalbausteins (12) über einen zweiten Widerstand (13) mit einem Ausgang (14) eines zweiten Digitalbausteins (15) verbunden ist, und dass der Ausgang (14) des zweiten Digitalbausteins (15) nach einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf entweder mit dem Nullpunkt (N) der Netz- Spannung (UPN) verbunden ist oder eine Spannung führt, die grösser als die Schwellwertspannung (Us) des Eingangs (11) des ersten Digitalbausteins (12) ist, so dass aus dem Signal an einem dem Eingang (11) zugeordneten Ausgang (17) des ersten Digitalbausteins (12) ableitbar ist, ob der Wechselstromschalter (2) geschlossen ist und die Diode (9) und der zweite Widerstand (13) intakt sind oder ob der Wechselstromschalter (2) offen ist.
2. Schaltung (1) nach Anspruch 1, die zur Überwachung mehrerer Wechselstromschalter (2) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wechselstromschalter (2) ein eigener hochohmiger Eingang (11) des ersten Digitalbausteins (12) zugeordnet ist und dass allen Wechselstromschaltern (2) der Ausgang (14) des zweiten Digitalbausteins (15) als gemeinsamer Ausgang (14) dient.
3. Schaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang (11) des ersten Digitalbausteins (12) und der Ausgang (14) des zweiten Digitalbausteins (15) bidirektionale Ports (20;
21) sind.
4. Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Digitalbausteine (12; 15) Transistorstufen (18; 19) eingesetzt sind.
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