WO2013174490A1 - Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen - Google Patents

Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen Download PDF

Info

Publication number
WO2013174490A1
WO2013174490A1 PCT/EP2013/001443 EP2013001443W WO2013174490A1 WO 2013174490 A1 WO2013174490 A1 WO 2013174490A1 EP 2013001443 W EP2013001443 W EP 2013001443W WO 2013174490 A1 WO2013174490 A1 WO 2013174490A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
analog signal
analog
input
signal detection
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/001443
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viktor Oster
Hubertus Lohre
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
Priority to US14/397,375 priority Critical patent/US9658267B2/en
Priority to BR112014029187A priority patent/BR112014029187A2/pt
Priority to EP13724166.7A priority patent/EP2856649B1/de
Priority to CN201380027224.5A priority patent/CN104335489B/zh
Priority to JP2015513041A priority patent/JP6088642B2/ja
Publication of WO2013174490A1 publication Critical patent/WO2013174490A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1004—Calibration or testing without interrupting normal operation, e.g. by providing an additional component for temporarily replacing components to be tested or calibrated
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Definitions

  • Analog signal input circuit with a number of analog signal acquisition channels
  • Safety Integrity Level e.g., SIL2 or SIL3
  • Examples of known diagnostic scenarios are DE 10 2007 062 974 of the same applicant, DE 2 108 496 A, EP 1 643 323 A1, US 2005/240806 A1, US 5,838,899, US 4,358,823, US 2002/0152420 A1, US Pat. US 2006/0010352 A1, US Pat. No. 6,985,975, EP 2 175 371, EP 2 207 097, US Pat
  • test pulses of a diagnostic unit are often visible to the outside and can interfere with the process and / or that during testing the affected
  • the object of the invention is to provide a flexible,
  • Analog signal input circuit having a first number of analog signal detection channels and at least one
  • each analog signal detection channel is formed, one at an analog signal input from a second number of analog
  • Accept signal inputs applied analog input signal and in response to a detected analog
  • Analog signal acquisition channel accommodates two each
  • Analog signal detection circuits and at least a first connection selection device and each analog signal detection circuit, a first connection device and a second connection device.
  • Each of the analog signal detecting circuits of an analog signal detecting channel has its first terminal connected to the same analog signal input among the number of analogue ones
  • Input signal at least temporally successively connectable and both analog signal detection circuits of a
  • Analog signal detection channels are configured in response to detected, analogous analogous
  • Input signals at the second terminal devices output mutually responding output signals.
  • Analog signal detection channel is for detecting the analog input signal applied to an analog signal input from the number of analog signal inputs and for detecting the analog input signal detected
  • each one of the two accommodated analog signal detection circuits for a determinable period alternately selected, not with the first connection means with this analog Signal input for detecting this analog input signal connected but for testing and / or diagnostic purposes
  • Analog signal detection circuits are selected for this determinable period of time, with their first terminal connected to this analog signal input for detection of this analog input signal, and in response to the detected analogue signal
  • connection selection device is configured to connect the respective first connection device of the two accommodated analog signal detection circuits, at least either to this analog signal input to be connected or to the diagnosis circuit, in response to the selection.
  • Analog signal detection circuits per analog signal detection channel and as needed for a determinable period at least by means of the diagnostic circuit test and / or diagnostic purposes can be subjected to this without subjecting to a test and / or diagnosis analog signal detection circuits during diagnosis within the Processing chain of
  • Analog signal detection channel for detecting is provided by the analog signal detection channel to be processed analog input signals, and thus not in a security chain of a using the
  • Analog signal detection channel to be controlled process. It can therefore also be made checks that at the processing through, the analog signal detection channel, and consequently also in the operation of the analogue signal detection channel comprehensive safety chain would not be allowed. Furthermore, during the diagnosis also to the
  • the first connection selector can hereby
  • Analog switching units include, wherein in each
  • Analog signal detection circuit is suitably housed each an analog switching unit.
  • analog signal input circuit has a number of at least two analog signal acquisition channels, e.g. can also be operated redundantly or to a
  • Analog signal detection circuits are mutually exchanged and therefore always one of these two in the
  • Processing chain of the same analog signal acquisition channel is involved, while always the other to
  • the invention is therefore based on the finding that when processing analog input variables, such as, for example, Temperature or pressure, corresponding analog
  • Input signals in particular in the process industry and in particular in the case of analog input signals, which are crucial for the safety of a process, the functionality of an analog signal detection channel of an analog signal input circuit, and consequently the safe operation of the analog signal detection channel comprehensive safety chain not is only not impaired but moreover parallel whose 100% function can be closely monitored to complete, when two analog signal detection circuits are provided in an analog signal detection channel, one of which is redundant for the one hundred percent functionality of the analog signal acquisition channel and thus each an analog signal Detection circuit of such an analog signal input circuit for various diagnostic purposes, as well as for the replacement of the respective other analog signal detection circuit is available, so that they h in for various diagnostic purposes
  • the inventive concept is thus further based on providing at least twice the redundancy of security-relevant elements within each analog signal acquisition channel, although the functionality of each individual analog signal detection channel no compelling redundant processing provides, but optionally only two or more analog signal acquisition channels can be operated redundantly or can be interconnected to form a redundancy block.
  • Analog signal detection channel is adapted to detect at a second number of at least two analog signal inputs applied analog input signals and
  • each of the analog signal detection circuits is one
  • each analog signal detection channel each an analog signal detection circuit for a determinable period
  • Terminal means connected to an analog signal input for detection of an analog input signal but to be used for testing and / or diagnostic purposes, and all but one of the third number of accommodated analog signal detection circuits are respectively selected for that particular period, with the first
  • the first connection selector device is therefore designed again, the respective first ones
  • Terminal devices of all accommodated analog signal detection circuits in response to the selection to connect at least either to a particular analog signal input to be connected or to the diagnostic circuit.
  • At least one analog signal acquisition channel is also designed for processing digital signals and each Analog signal detection circuit of this analog signal detection channel accommodates an analog / digital converter whose digital signal terminal is connected to the respective second terminal device and whose analog signal terminal is connected to the first connection selector.
  • each analog signal acquisition channel has a second connection selection device which is designed, in coordination with the first connection selection device, the second
  • Connection means selected in accordance with one for further processing of the output signal of the
  • Processing device or to connect to the diagnostic circuit.
  • Connection device with a specific analog signal input to be connected, with the diagnostic circuit, with at least one reference voltage or at least one supply voltage of a peripheral device is selectable.
  • the analog signal detection circuit accommodates an active signal adjustment device and / or the first connection device Decoupling circuit is associated and / or that at least one analog signal input in addition to an input terminal has an input protection circuit and / or a passive signal conditioning unit.
  • Fig. 1 is a first preferred and particularly useful
  • Fig. 2 shows another preferred and particularly expedient
  • Fig. 3 is a sketch of another based on Fig. 1
  • Input circuit with only one analog signal detection channel, but in particular for detecting faster or time-critical analog
  • an analog signal input circuit is a first number of one
  • Analog signal detection channel 100 which includes a number of two analog signal detection circuits 110 and 120 and has at least one diagnostic circuit 130, strong
  • Analog circuit components are therefore also suitable for use in safety technology. This is
  • a diagnostic circuit is provided which is desirably designed so as to be able to provide all the signals necessary for the complete test of the
  • Analog signal detection circuits are necessary.
  • the internal structure of these analog signal detection circuits can therefore basically be implemented as in standard analog modules, whereby the necessary diagnostic coverage is ensured by the diagnosis circuit.
  • Input size such as Temperature or pressure
  • Signal input 201 an input terminal 211, and in
  • expedient embodiment further one of the input terminal 211 electrically downstream input protection circuit 221.
  • the principle is not absolutely necessary
  • input protection circuit 221 may advantageously limit the transients for the analog signal input circuit and / or perform noise filtering.
  • the signal input 201 further has one of the input terminal 211 electrically downstream passive signal adjustment unit 231 or, as seen in Fig. 1, in a useful further supplement to the input protection circuit 221, in which case the passive signal conditioning unit 231 is advantageously the input protection circuit 221 electrically connected downstream.
  • the passive signal adaptation unit 231 the current or voltage signals can be shared
  • Signal conditioning unit wherein in the embodiment of FIG. 1, the analog signal input 202 in addition to an input terminal 212, an electrical
  • downstream input protection circuit 222 and one of these electrically downstream signal conditioning unit 232 has.
  • the analog signal detection channel 100 is now
  • the analog signal detection channel 100 accommodates in each case two analog signal detection circuits 110 and 120 and at least one first connection selection device 115, 125.
  • the analog signal detection channel 100 also accommodates the diagnosis circuit 130 as appropriate
  • Connection selector is in more convenient
  • Embodiment designed as an analog switching unit wherein preferably in each analog signal detection circuit 110 and 120 each have an analog switching unit 115 or 125th
  • Each of the analog signal detecting circuits 110 and 120 further has first terminal 111 and 121 and second terminal 112 and 122, respectively.
  • Each of the analog signal detecting circuits 110 and 120 has its first terminal 111 and 121, respectively
  • analog signal input e.g. 201 or 202
  • analog signal detection circuits 110 and 120 are formed
  • Detection circuits 110 and 120 are alternately selected for a determinable period of time, with their first connection means 111 or 121 with this analog signal input for detecting this analogue
  • Connection means 112 and 122 as an output signal, the output signal of the analog signal detection channel
  • the other analog signal detection circuit is selected in normal operation for this determinable period to be used for testing and / or diagnostic purposes and eg with the Diagnostic circuit 130 to be connected, and thus for this determinable period not with the first
  • connection device to be connected to the analog signal input for detecting the analog input signal.
  • the first connection selection device 115, 125 is designed for this purpose, the respective first connection device 111, 121 selected at least either with this
  • Connection device 111 with the analog signal input 201 for detecting the analog applied thereto
  • Connection device 112 as an output signal
  • Analog switching units 115 and 125 respectively connect, in mutual agreement, the first terminal 111 to the analog signal input 201 and the first one
  • the first connection selection device is or the first connection selection device in FIG. 1 providing two analog switching units 115 and 125 so that it is also possible both
  • Analog signal detection circuits 110 or 120 if desired, to connect simultaneously with the same signal input. This may be the case, in particular, when switching the analog signal detection circuits 110 and 120, because when switching to testing, both become
  • Analog signal detection circuits 110 and 120 operated for a short time in parallel on the same signal input, the measurement results can be compared, thus allowing a 100% diagnostic coverage of the analog switch. In this case, therefore, the output signals output from the analog signal detecting circuits 110 and 120, e.g. as described later, supplied to the diagnostic circuit 130.
  • the first connection devices 111 and 121 are also suitably associated with a respective decoupling circuit 113 or 123, via which in each case the first
  • Connection selector can be connected.
  • the decoupling circuits 113 and 123 prevent
  • Analog signal detection circuits are thus suitably routed equally through the decoupling circuits 113 and 123. But also to the internal power and
  • Supply voltages of the periphery, as well as various reference voltages required for diagnostic purposes leading and other signal paths can be fed via the decoupling circuits 113 and 123 to the first connection selector device to, if necessary, the first
  • terminal devices 111 or 121 of the analog signal detection circuits 110 or 120 To connect terminal devices 111 or 121 of the analog signal detection circuits 110 or 120 with these signal paths. As can be seen in Fig. 1, in the illustrated embodiment, all others for
  • Diagnostic purposes needed reference voltages that do not come from the diagnostic circuit 130, but not via the decoupling circuits 113 and 123 to the first
  • Analog switching units 115 and 125 are replaced by the
  • Analog signal detection circuits 110 and 120 both However, analog signal detection circuits 110 and 120 operate for a short time in parallel with the same input signal and compare the output signals, but this also allows 100% diagnostic coverage of the
  • Analog switching units 115 and 125 in operation Analog switching units 115 and 125 in operation.
  • Analog signal detection circuits 110 and 120 expediently an active signal conditioning means 114 and 124 which the individual, applied to the respective analog signal detection circuit 110 and 120 analog signals for application-specific processing of the analog signals are fed and optionally an analog / digital converter 116 or 126, where the respective digital
  • connection selector Connected connection selector and so according to example of FIG. 1 to the active
  • Signal conditioning device 114 and 124 is connected. In a practical way, the second
  • Connection means 112 and 122 respectively selected optionally with one for further processing of the output signal of the analog signal detection channel
  • the analog signal detection channel 100 suitably has a second connection selection device 101, which is formed, in particular in coordination with the first Connection selector to effect these connections.
  • the drive can be e.g. by the diagnostic circuit 130 itself or, as shown in Fig. 1, e.g. a microcontroller as
  • this diagnostic circuit 130 suitably includes all the required test equipment suitable for a
  • Diagnostic circuit 130 itself or by another means, such. the as
  • Processing device 300 outlined microcontroller e.g. is formed with a security logic. Also, a task sharing of the diagnostic functionality between the diagnostic circuit 130 and the microcontroller may be provided with respect to the drive.
  • Fig. 2 is a further preferred and particularly expedient
  • the first analog signal detection channel 100 is here sketched according to FIG. 2 above the dashed line and the second analog signal detection channel 100 'below the dashed line. Similarly, of course, further analog signal detection channels may be provided so that the number of analog signal acquisition channels increases accordingly.
  • Diagnostic circuit 130 or 130 ' The number of two analog signal acquisition channels 100 and 100 'shown in FIG. 2 can be operated redundantly or interconnected to form a redundancy block. As in Fig. 2 with the designated "K"
  • Analog signal detection channel 100 Downstream
  • the signal inputs can also be detected redundantly, i. at the
  • Signal input 201 and the signal input 201 ' are the same signals and also at the signal input 202 and the signal input 202' are the same signals and can therefore be detected redundantly by means of the analog signal detection channels 100 and 100 '.
  • the voltage supply to the peripherals of both analog signal acquisition channels 100 and 100 'or else, can be supplied by the same supply voltages or separately, especially for highly available devices, the supply of the two analog signal detection channels 100 and 100' can be realized independently useful. Monitoring the
  • Analog signal detection channel 100 or 100 ' Analog signal detection channel 100 or 100 '.
  • This analog signal detection circuit 110 or 120 of each analog signal detection channel 100, 100 ' may also be switched between the signal inputs to determine the state of each analogue
  • this thus active analog signal detection circuit can be switched between the individual signal inputs for detecting the input values, wherein the switching between the signal inputs, e.g. can be controlled by a prior prioritization of the individual signal inputs.
  • the second analog signal detection circuit 120 or 110 of each analog signal detection channel 100, 100 ' which in normal operation at this time not at a
  • Safety function participates can thus be in the test, which is performed by the diagnostic unit, without the functionality of the analog signal detection channel 100, 100 'and thus one with this
  • Analog signal detection circuit of an analog signal detection channel to operate in parallel, for example, the To compare measured values of both analog signal detection circuit with each other and thus improve the diagnostic coverage even further. Since during the test, the analog signal detection circuit to be tested is therefore not in any safety chain, each
  • Analog signal detection circuit to be 100% tested. Consequently, the diagnostic / test pulses can be any
  • the analog signal input circuit according to the invention provides the reliable diagnosis, which of the
  • Analog circuits is defective and may be due to the
  • a proof test previously functional test
  • a diagnosis performed by the diagnostic circuit has no influence on the temporal behavior, neither with respect to the device comprising the analog signal input circuit nor with respect to the devices whose analog signal is detected at the signal inputs, the one of the
  • Diagnostic circuit e.g. continue to ensure the synchronous signal acquisition and transfer to the superimposed network. Thus, e.g. also no test signals visible at the input terminal of a signal input.
  • the diagnosis performed by the diagnostic circuit can also check the states of the analog signal detection circuits that are inadmissible in an active measurement of the input signals.
  • the results of the quantification also improve accordingly.
  • the test or the diagnosis in parallel with the detection of the analog input signals in particular also in parallel with the detection of relevant for the safety of a process analog
  • Diagnostic / test patterns may e.g. also from the
  • the invention provides a cost-effective implementation, since each for two
  • Analog signal detection circuits only one diagnostic unit is needed. An essential aspect of the invention is therefore that an analog signal detection circuit of
  • Analog signal detection channel detects an analog signal applied to the analog signal input, while another analog signal detection circuit of the same analog signal detection channel is tested and / or diagnosed for a determinable period. After the test or the
  • Diagnosis can and will then be swapped, i. the tested analog signal detection circuit takes over after the change for a determinable period of time
  • Signal inputs is connected while the other with the diagnostic unit or other signals such as
  • FIG. 3 is a sketch of another based on Fig. 1 embodiment of an analog signal input circuit with only one
  • an analog signal detection channel accommodates a number of at least three analog signal detection circuits and a maximum of one number of analog signal detection circuits greater than the number of analog signal detection circuits is analog signal inputs.
  • the number of analog signal inputs is therefore indicated by 201, 202 to n, and the number of analog signal detection circuits is therefore indicated as 110, 120 to n, n + 1. Accordingly, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal detection circuits or first connection devices not explicitly shown in FIG. 3, the analog signal
  • Diagnostic unit 130 or other signals such
  • Connection selector can be connected. Since each of the analog signal detection circuits of a
  • Analog signal detection channel 100 with the first
  • Signal input from the number of analog signal inputs connectable to the detection of an analog input signal therefore, a plurality of signal inputs simultaneously with a plurality of analog signal detection circuits for Implementation of the measurements to be connected, so depending on the design a maximum of n analog signal detection circuits for a maximum of n signal inputs are available.
  • An analog signal detection circuit is alternately selected for a determinable period of time, eg
  • the analog signal detection circuit "n + 1" to be tested and / or diagnosed and thus, e.g. connected to the diagnostic unit 130.
  • the change of the analog signal detection circuits i. the tested analog signal acquisition circuit performs the execution of a
  • Embodiments of Figures 1 and 2 may in turn further signals such as e.g. Reference voltages and
  • Supply voltages are measured for test purposes and / or multiple analog signal acquisition channels in parallel, in particular redundant or to a redundancy block

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analogsignal-Eingangsschaltung mit einer ersten Anzahl von Analogsignal- Erfassungskanälen (100) und zumindest einer Diagnoseschaltung (130), wobei jeder Analogsignal- Erfassungskanal jeweils dritte Anzahl von Analogsignal- Erfassungsschaltungen (110, 120) und zumindest eine erste Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) beherbergt, und jede Analogsignal-Erfassungsschaltung eine erste Anschlusseinrichtung und eine zweite Anschlusseinrichtung. Je Analogsignal-Erfassungskanal ist für die Erfassung von an analogen Signaleingängen aus einer zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen anliegenden analogen EingangsSignalen und für die auf die erfassten analogen EingangsSignale ansprechende Ausgabe von AusgangsSignalen jeweils eine Analogsignal-Erfassungsschaltung für einen bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt, nicht mit deren erster Anschlusseinrichtung mit einem analogen Signaleingang zur Erfassung eines analogen EingangsSignals verbunden sondern für Test- und/oder Diagnosezwecke verwendet zu werden, und alle bis auf diese eine der beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen für diesen bestimmten Zeitraum ausgewählt, mit deren ersten Anschlusseinrichtungen mit bestimmten analogen Signaleingängen zur Erfassung von analogen Eingangssignalen verbunden zu werden und ansprechend auf erfasste analoge EingangsSignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen als Ausgangssignale die AusgangsSignale des Analogsignal- Erfassungskanals auszugeben.

Description

Analogsignal -Eingangsschaltung mit einer Anzahl von Analogsignal-Erfassungskanälen
Beschreibung
Die Verarbeitung von analogen Eingangsgrößen wie z.B.
Temperatur oder Druck, ist besonders in der
Prozessindustrie stark verbreitet. Viele dieser Signale dienen der Prozessüberwachung und sind daher häufig für die Sicherheit des Prozesses von entscheidender Relevanz.
Im Unterschied zu digitalen Signalen ist die Analogtechnik jedoch sehr aufwändig. Der einfachste Weg,
Analogschaltungen auf ihre Funktion zu prüfen besteht z.B. darin, eine Referenzquelle an die Analogschaltung anzulegen und den gemessenen Wert mit dem Sollwert zu vergleichen.
Insbesondere die Anforderungen der Sicherheitsnorm DIN EN 91508 an die Diagnosedeckung für höhere
Sicherheitsintegritätslevel (z.B. SIL2 oder SIL3) zum
Zeitpunkt der vorliegenden Anmeldung sind jedoch weiterhin nur mit einem enormen Schaltungsaufwand möglich.
Insbesondere um derartigen höheren
Sicherheitsintegritätsleveln zu genügen, sind aus dem Stand der Technik auch redundant ausgebildete
Signalverarbeitungsstrukturen und diesbezügliche
Diagnosezenarien bekannt, wobei beispielhaft die DE 10 2007 062 974 der selben Anmelderin, die DE 2 108 496 A, die EP 1 643 323 AI, die US 2005/240806 AI, die US 5,838,899, die US 4,358,823 die US 2002/0152420 AI, die US 2006/0010352 AI, die US 6,985,975, die EP 2 175 371, die EP 2 207 097, die
BESTÄTIGUNGSKOPIE EP 2 228 723, die EP 2 196 908, die US 7 949 833, die US 7 979 746 oder die US 8 037 364 genannt seien.
In der Regel haben derartige redundant ausgebildete
Signalverarbeitungsstrukturen und diesbezügliche
Diagnosezenarien typischerweise als Nachteil, dass
Testeinheiten die Signalverarbeitungsstrukturen
sicherheitsrelevant beeinflussen können, dass ein Nachweis über die Rückwirkungsfreiheit mit sehr großen Aufwand verbunden ist, dass die Diagnosedeckung der Testeinheit eingeschränkt ist, Testimpulse einer Diagnoseeinheit oft nach außen sichtbar sind und den Prozess stören können und/oder, dass während des Testens die betroffenen
Signalverarbeitungsstrukturen nur bedingt einsatzbereit sind bzw. die Sicherheitsfunktion für die Testzeit
ausgeblendet werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexible,
geräteunabhängige und günstige Lösung zur Realisierung einer Analogsignal-Eingangsschaltung zur Verarbeitung von analogen EingangsSignalen, insbesondere von für die
Sicherheit eines Prozesses relevanten analogen
Eingangssignalen aufzuzeigen, welche einen hohen
Sicherheitsintegritätslevel auch bei Diagnose- oder
Testszenarien bereitstellt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche . Dementsprechend sieht eine Lösung der Erfindung eine
Analogsignal-Eingangsschaltung mit einer ersten Anzahl von Analogsignal-Erfassungskanälen und zumindest einer
Diagnoseschaltung vor, wobei jeder Analogsignal- Erfassungskanal ausgebildet ist, ein an einem analogen Signaleingang aus einer zweiten Anzahl von analogen
Signaleingängen anliegendes analoges Eingangssignal zu erfassen und ansprechend auf ein erfasstes analoges
Eingangssignal ein Ausgangssignal auszugeben. Jeder
Analogsignal-Erfassungskanal beherbergt jeweils zwei
Analogsignal-Erfassungsschaltungen und zumindest eine erste Verbindungsauswahlvorrichtung und jede Analogsignal- Erfassungsschaltung eine erste Anschlusseinrichtung und eine zweite Anschlusseinrichtung. Jede der Analogsignal- Erfassungsschaltungen eines Analogsignal-Erfassungskanals ist mit deren erster Anschlusseinrichtung mit demselben analogen Signaleingang aus der Anzahl von analogen
Signaleingängen zur Erfassung eines analogen
Eingangssignals zumindest zeitlich nacheinander verbindbar und beide Analogsignal-Erfassungsschaltungen eines
Analogsignal-Erfassungskanals sind ausgebildet, ansprechend auf erfasste, einander entsprechende analoge
Eingangssignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen einander einsprechende Ausgangssignale auszugeben. Je
Analogsignal-Erfassungskanal ist für die Erfassung des an einem analogen Signaleingang aus der Anzahl von analogen Signaleingängen anliegenden analogen Eingangssignals und für die auf das erfasste analoge Eingangssignal
ansprechende Ausgabe des Ausgangssignals jeweils eine der zwei beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen für einen bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt, nicht mit deren erster Anschlusseinrichtung mit diesem analogen Signaleingang zur Erfassung dieses analogen Eingangssignals verbunden sondern für Test- und/oder Diagnosezwecke
verwendet zu werden und die jeweils andere der zwei
beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen ist für diesen bestimmbaren Zeitraum ausgewählt, mit deren erster Anschlusseinrichtung mit diesem analogen Signaleingang zur Erfassung dieses analogen Eingangssignals verbunden zu werden und ansprechend auf das erfasste analoge
Eingangssignal an deren zweiter Anschlusseinrichtung als Ausgangssignal das Ausgangssignal des Analogsignal- Erfassungskanals auszugeben. Die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung ist hierzu ausgebildet, die jeweilige erste Anschlusseinrichtung der zwei beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen ansprechend auf die Auswahl zumindest entweder mit diesem zu verbindenden analogen Signaleingang oder mit der Diagnoseschaltung zu verbinden.
Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass die
Analogsignal-Erfassungsschaltungen je Analogsignal- Erfassungskanal und je nach Bedarf für einen bestimmbaren Zeitraum zumindest mittels der Diagnoseschaltung Test- und/oder Diagnosezwecken unterworfen werden können, ohne dass hierbei eine einem Test und/oder einer Diagnose zu unterwerfende Analogsignal-ErfassungsSchaltungen während der Diagnose innerhalb der Verarbeitungskette des
Analogsignal-Erfassungskanals zur Erfassung von, von dem Analogsignal-Erfassungskanal zu verarbeitenden analogen Eingangssignalen vorgesehen ist, und also auch nicht in einer Sicherheitskette eines unter Nutzung des
Analogsignal-Erfassungskanals zu steuernden Prozesses. Es können somit auch Überprüfungen vorgenommen werden, die bei der Verarbeitung durch, den Analogsignal-Erfassungskanal, und folglich auch im Betrieb einer den Analogsignal- Erfassungskanal umfassenden Sicherheitskette nicht zulässig wären. Ferner können während der Diagnose auch an den
Signaleingängen keine sichtbaren Diagnosesignale anliegen. Jegliche Diagnose beeinträchtigt folglich die vollständige hundertprozentige Funktion des Analogsignal- Erfassungskanals nicht. Die Erfindung ermöglicht somit insbesondere in Hinblick auf die Anforderungen in der
Prozessindustrie eine hohe Verfügbarkeit.
Die erste Verbindungsauswahlvorrichtung kann hierbei
Analogschalteinheiten umfassen, wobei in jeder
Analogsignal-Erfassungsschaltung zweckmäßig jeweils eine Analogschalteinheit beherbergt ist.
Besitzt die erfindungsgemäße Analogsignal-Eingangsschaltung aufgrund höherer Sicherheitsintegritätslevel eine Anzahl von wenigsten zwei Analogsignal-Erfassungskanälen, die z.B. auch redundant betrieben werden können oder zu einem
Redundanzblock zusammenschaltbar sind, ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass lediglich stets die selben
Analogsignal-Erfassungsschaltungen gegenseitig ausgetauscht sind und also stets eine dieser beiden in die
Verarbeitungskette des selben Analogsignal-Erfassungskanal eingebunden ist, während stets die andere zu
Diagnosezwecken mit der derselben Diagnoseschaltung
verbunden sein kann. Da für die Analogsignal - Erfassungsschaltungen, den Analogsignal -Erfassungskanal und die Diagnoseschaltung folglich stets die gleichen
Umgebungsbedingungen in Bezug auf jeweils angeschaltete bzw. eingebundene Verarbeitungskomponenten gewährleistet werden können, können mögliche Signalabweichungen zwischen den beiden Analogsignal-Erfassungsschaltungen oder auch Fehler innerhalb einer Analogsignal-Erfassungsschaltung somit wesentlich einfacher diagnostiziert werden.
Der Erfindung liegt folglich die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verarbeitung von analogen Eingangsgrößen, wie z.B. Temperatur oder Druck, entsprechenden analogen
Eingangsignalen, insbesondere in der Prozessindustrie und insbesondere im Falle von analogen Eingangsignalen, die für die Sicherheit eines Prozesses von entscheidender Relevanz sind, die Funktionalität eines Analogsignal- Erfassungskanals einer Analogsignal-Eingangsschaltung, und folglich auch der sichere Betrieb einer den Analogsignal- Erfassungskanals umfassenden Sicherheitskette nicht nur nicht beeinträchtigt wird sondern darüber hinaus parallel deren hundertprozentige Funktion nahe zu vollständig überwacht werden kann, wenn jeweils zwei Analogsignal- Erfassungsschaltungen in einem Analogsignal-Erfassungskanal vorgesehen sind, von denen eine für die hundertprozentige Funktionalität des Analogsignal-Erfassungskanals überzählig ist und somit jeweils eine Analogsignal-Erfassungsschaltung einer solchen Analogsignal-Eingangschaltung für diverse Diagnosezwecken, sowie zum Austausch der jeweilig anderen Analogsignal-Erfassungsschaltung zur Verfügung steht, so dass diese daraufhin für diverse Diagnosezwecken zur
Verfügung steht .
Das erfindungsgemäße Konzept basiert somit ferner darauf, innerhalb jedem Analogsignal-Erfassungskanal eine zumindest zweifache Redundanz von sicherheitsrelevanten Elementen bereitzustellen, obgleich die Funktionalität eines jeden einzelnen Analogsignal-Erfassungskanals keine zwingende redundante Verarbeitung vorsieht, sondern gegebenenfalls erst zwei oder mehr Analogsignal-Erfassungskanäle redundant betrieben werden können oder zu einem Redundanzblock zusammenschaltbar sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine Anzahl von einem analogen Signaleingang oder auch von mehr als zwei analogen Signaleingängen von der Formulierung "eine Anzahl von analogen Signaleingängen" bzw. "eine zweite Anzahl von analogen Signaleingängen" in den Ansprüchen sowie der
Beschreibung umfasst sein soll, so dass die Anzahl
zumindest 1 ist und ansonsten im wesentlichen beliebig groß sein kann.
So sieht eine weitere, insbesondere zur Erfassung
schnellerer bzw. zeitkritischer analoger Eingangssignale, bevorzugte Lösung der Erfindung vor, dass jeder
Analogsignal-Erfassungskanal ausgebildet ist, an einer zweiten Anzahl von wenigstens zwei analogen Signaleingängen anliegende analoge Eingangssignale zu erfassen und
ansprechend auf erfasste analoge Eingangssignale
Ausgangssignale auszugeben, wobei jeder Analogsignal- Erfassungskanal jeweils eine dritte Anzahl von
Analogsignal-Erfassungsschaltungen beherbergt, und wobei die dritte Anzahl wenigstens drei beträgt und maximal um eins größer als die zweite Anzahl ist. Auch hierbei ist jede der Analogsignal-Erfassungsschaltungen eines
Analogsignal-Erfassungskanals mit deren erster
Anschlusseinrichtung mit jeweils einem analogen
Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen
Signaleingängen zur Erfassung eines analogen Eingangssignals verbindbar und ansonsten entsprechend zur ersten Lösung ausgebildet. Für die Erfassung von an
Signaleingängen aus der zweiten Anzahl von analogen
Signaleingängen anliegenden analogen EingangsSignalen und für die auf die erfassten analogen Eingangssignale
ansprechenden Ausgaben der Ausgangssignale ist hierbei je Analogsignal -Erfassungskanal jeweils eine Analogsignal- Erfassungsschaltung für einen bestimmbaren Zeitraum
wechselnd ausgewählt, nicht mit deren erster
Anschlusseinrichtung mit einem analogen Signaleingang zur Erfassung eines analogen EingangsSignals verbunden sondern für Test- und/oder Diagnosezwecke verwendet zu werden, und alle bis auf diese eine der dritten Anzahl von beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen sind jeweils für diesen bestimmten Zeitraum ausgewählt, mit deren ersten
Anschlusseinrichtungen mit bestimmten analogen
Signaleingängen aus der zweiten Anzahl von analogen
Signaleingängen zur Erfassung von analogen Eingangssignalen verbunden zu werden und ansprechend auf die erfassten analogen Eingangssignale an deren zweiten
Anschlusseinrichtungen als Ausgangssignale die
AusgangsSignale des Analogsignal-Erfassungskanals
auszugeben. Die erste Verbindungsauswahlvorrichtung ist folglich wiederum ausgebildet, die jeweiligen ersten
Anschlusseinrichtungen aller beherbergten Analogsignal- Erfassungsschaltungen ansprechend auf die Auswahl zumindest entweder mit einem bestimmten zu verbindenden analogen Signaleingang oder mit der Diagnoseschaltung zu verbinden.
Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen sehen vor, dass zumindest ein Analogsignal-Erfassungskanal zur Verarbeitung auch von digitalen Signalen ausgebildet ist und jede Analogsignal-Erfassungsschaltung dieses Analogsignal- Erfassungskanals einen Analog/Digital-Wandler beherbergt, dessen digitaler Signalanschluss an die jeweilige zweite Anschlusseinrichtung geschaltet ist und dessen analoger Signalanschluss zur ersten Verbindungsauswahleinrichtung geschaltet ist.
Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen sehen ergänzend oder alternativ ferner vor, dass jeder Analogsignal- Erfassungskanal eine zweite Verbindungsauswahlvorrichtung besitzt, welche ausgebildet ist, in Abstimmung mit der ersten Verbindungsauswahlvorrichtung die zweiten
Anschlusseinrichtungen entsprechend ausgewählt mit einer für die weitere Verarbeitung des Ausgangssignals des
Analogsignal-Erfassungskanals vorgesehenen
Verarbeitungsvorrichtung oder mit der Diagnoseschaltung zu verbinden.
Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen sehen ergänzend oder alternativ ferner vor, dass die erste
VerbindungsauswahlVorrichtung derart ausgebildet ist, so dass eine Verbindung einer jeweiligen ersten
Anschlusseinrichtung mit einem bestimmten zu verbindenden analogen Signaleingang, mit der Diagnoseschaltung, mit wenigstens einer Referenzspannung oder mit wenigstens einer VersorgungsSpannung eines Peripherieeinrichtung auswählbar ist .
Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen sehen ergänzend oder alternativ ferner vor, dass die Analogsignal- Erfassungsschaltung eine aktive Signalanpassungseinrichtung beherbergt und/oder der ersten Anschlusseinrichtung eine Entkopplungsschaltung zugeordnet ist und/oder, dass zumindest ein analoger Signaleingang zusätzlich zu einer Eingangsklemme eine Eingangsschutzschaltung und/oder eine passive Signalanpassungseinheit besitzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erste bevorzugte und besonders zweckmäßige
Ausgestaltungen aufweisende Ausführungsform einer Analogsignal-Eingangsschaltung mit lediglich einem Analogsignal-Erfassungskanal,
Fig. 2 eine weitere bevorzugte und besonders zweckmäßige
Ausgestaltungen aufweisende Ausführungsform einer Analogsignal-Eingangsschaltung mit zwei
Analogsignal-Erfassungskanälen, und
Fig. 3 eine Skizze einer weiteren auf Fig. 1 basierenden
Ausführungsform einer Analogsignal-
Eingangsschaltung mit lediglich einem Analogsignal- Erfassungskanal, jedoch insbesondere zur Erfassung schnellerer bzw. zeitkritischer analoger
Eingangssignale .
Bezug nehmend zunächst auf Fig. 1, ist eine Analogsignal- EingangsSchaltung mit einer ersten Anzahl von einem
Analogsignal-Erfassungskanal 100, der eine Anzahl von zwei Analogsignal-ErfassungsSchaltungen 110 und 120 und zumindest eine Diagnoseschaltung 130 besitzt, stark
vereinfacht dargestellt.
Da die einzelnen Unterfunktionen einer Analogsignal- Erfassungsschaltung bisher nur mit einem sehr hohen Aufwand diagnostiziert werden können und unter Umständen keine rückwirkungsfreie Diagnose möglich ist, werden auch nach den vorgeschlagenen Lösungen zur Analogsignalerfassung zweckmäßig schon bewährte Analogschaltungskomponenten verwendet, wobei die Analogeingänge, wie nachfolgend aufgezeigt durch die erfindungsgemäßen Lösungen so
miteinander verschaltet sind, dass die Gesamtschaltung nahe zu 100% getestet werden kann und die
Analogschaltungskomponenten somit auch für die Verwendung in der Sicherheitstechnik geeignet sind. Hierzu ist
zusätzlich zu den Analogsignal-Erfassungsschaltungen eine Diagnoseschaltung vorgesehen, die zweckmäßig so ausgeprägt ist, dass sie in der Lage ist, alle Signale zur Verfügung zu stellen, die für den vollständigen Test der
Analogsignal-Erfassungsschaltungen notwendig sind. Der innere Aufbau dieser Analogsignal -Erfassungsschaltungen kann daher grundsätzlich wie bei Standard Analogmodulen implementiert sein, wobei die notwendige Diagnosedeckung durch die Diagnoseschaltung sichergestellt wird.
Dargestellt ist bei Fig. 1 ferner eine Anzahl von analogen Signaleingängen, gemäß Fig. 1 eine Anzahl von zwei analogen Signaleingängen 201 und 202. Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine Anzahl von einem analogen Signaleingang oder auch von mehr als zwei analogen Signaleingängen von der Formulierung "eine Anzahl von analogen Signaleingängen" bzw. "eine zweite Anzahl von analogen Signaleingängen" vorgesehen sein kann und dementsprechend von den Ansprüchen umfasst ist, so dass die Anzahl zumindest 1 ist und
ansonsten im wesentlichen beliebig groß sein kann.
Für die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsform nach Fig. 1 wird davon ausgegangen, dass an zumindest einem Signaleingang 201 oder 202 ein einer analogen
Eingangsgröße, wie z.B. Temperatur oder Druck,
entsprechendes analoges Eingangsignal angelegt ist, welches vorzugsweise in der Prozessindustrie zur Prozessüberwachung dient und daher in zweckmäßiger Anwendung der Erfindung davon ausgegangen werden kann, dass ein solches analoges Eingangsignal für die Sicherheit des zu überwachenden, nicht näher dargestellten Prozesses, in der Regel von entscheidender Relevanz ist.
Wie ferner der Fig. 1 zu entnehmen, besitzt der
Signaleingang 201 eine Eingangsklemme 211, und in
zweckmäßiger Ausgestaltung ferner eine der Eingangsklemme 211 elektrisch nachgeschaltete Eingangsschutzschaltung 221. Die grundsätzlich nicht zwingend notwendige
Eingangsschutzschaltung 221 kann jedoch vorteilhaft für die Analogsignal-Eingangsschaltung die Transienten begrenzen und/oder eine Störsignalfilterung durchführen. In
optionaler zweckmäßiger alternativer Ergänzung besitzt der Signaleingang 201 ferner eine der Eingangsklemme 211 elektrisch nachgeschaltete passive Signalanpassungseinheit 231 oder, wie bei Fig. 1 zu sehen, in zweckmäßiger weiterer Ergänzung zur Eingangsschutzschaltung 221, wobei hierbei die passive Signalanpassungseinheit 231 zweckmäßig der Eingangsschutzschaltung 221 elektrisch nachgeschaltet ist. Mit der passiven Signalanpassungseinheit 231 können die Strom- bzw. Spannungssignale auf einen gemeinsamen
Messpegel gebracht werden.
In ähnlicher Weise können auch weitere analoge
Signaleingänge zusätzlich zu einer Eingangsklemme eine Eingangsschutzschaltung und/oder eine passive
Signalanpassungseinheit besitzen, wobei bei der Ausführung gemäß Fig. 1 auch der analoge Signaleingang 202 zusätzlich zu einer Eingangsklemme 212, eine elektrisch
nachgeschaltete Eingangsschutzschaltung 222 und eine dieser elektrisch nachgeschaltete Signalanpassungseinheit 232 besitzt .
Der Analogsignal-Erfassungskanal 100 ist nunmehr
ausgebildet, ein an dem analogen Signaleingang 201 oder 202 anliegendes, jedoch nicht dargestelltes analoges
Eingangssignal zu erfassen und ansprechend auf ein
erfasstes analoges Eingangssignal ein Ausgangssignal , wie nachfolgend detaillierter beschrieben, auszugeben.
Der Analogsignal-Erfassungskanal 100 beherbergt hierzu gemäß der in Fig. 1 dargestellten Lösung der Erfindung jeweils zwei Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 und zumindest eine erste Verbindungsauswahlvorrichtung 115, 125. Der Analogsignal-Erfassungskanal 100 beherbergt zweckmäßig auch die Diagnoseschaltung 130. Die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung ist in zweckmäßiger
Ausgestaltung als Analogschalteinheit ausgebildet, wobei bevorzugt in jeder Analogsignal-Erfassungsschaltung 110 und 120 jeweils eine Analogschalteinheit 115 bzw. 125
beherbergt ist. Jede Analogsignal-Erfassungsschaltung 110 und 120 besitzt ferner eine erste Anschlusseinrichtung 111 bzw. 121 und eine zweite Anschlusseinrichtung 112 bzw. 122. Jede der Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 ist mit deren erster Anschlusseinrichtung 111 bzw. 121 mit
demselben analogen Signaleingang, z.B. 201 oder 202, zur Erfassung eines analogen EingangsSignals zumindest zeitlich nacheinander verbindbar, wobei beide Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 und 120 ausgebildet sind,
ansprechend auf erfasste, einander entsprechende analoge EingangsSignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen 112 bzw. 122 einander einsprechende Ausgangssignale auszugeben.
Im normalen Betrieb der Analogsignal-Eingangsschaltung und also für die Erfassung des an einem analogen Signaleingang 201 oder 202 anliegenden analogen Eingangssignals und für die auf das erfasste analoge Eingangssignal ansprechende Ausgabe des Ausgangssignals durch den Analogsignal- Erfassungskanal 100 ist jedoch jeweils nur eine der zwei beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 für einen bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt, mit deren erster Anschlusseinrichtung 111 bzw. 121 mit diesem analogen Signaleingang zur Erfassung dieses analogen
Eingangssignals verbunden zu werden und ansprechend auf das erfasste analoge Eingangssignal an deren zweiter
Anschlusseinrichtung 112 bzw. 122 als Ausgangssignal das Ausgangssignal des Analogsignal-Erfassungskanals
auszugeben. Die jeweils andere Analogsignal- Erfassungsschaltung hingegen ist im normalen Betrieb für diesen bestimmbaren Zeitraum ausgewählt, zu Test- und/oder Diagnosezwecke verwendet zu werden und z.B. mit der DiagnoseSchaltung 130 verbunden zu werden, und also für diesen bestimmbaren Zeitraum nicht mit deren erster
Anschlusseinrichtung mit dem analogen Signaleingang zur Erfassung des analogen Eingangssignals verbunden zu werden. Die erste Verbindungsauswahlvorrichtung 115, 125 ist hierzu ausgebildet, die jeweilige erste Anschlusseinrichtung 111, 121 ausgewählt zumindest entweder mit diesem zu
verbindenden analogen Signaleingang oder mit der
Diagnoseschaltung zu verbinden.
Bei einem wie in Fig. 1 dargestellten aktuellen Zustand, ist also z.B. die Analogsignal-Erfassungsschaltung 110 ausgewählt bzw. vorgesehen, mit deren erster
Anschlusseinrichtung 111 mit dem analogen Signaleingang 201 zur Erfassung des daran anliegenden analogen
Eingangssignals verbunden zu sein und ansprechend auf das erfasste analoge Eingangssignal an deren zweiter
Anschlusseinrichtung 112 als Ausgangssignal das
Ausgangssignal des Analogsignal-Erfassungskanals auszugeben und die Analogsignal-Erfassungsschaltung 120 ist
vorgesehen, zu Diagnosezwecken mit der Diagnoseschaltung 130 verbunden zu sein.
Die bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung bereitstellenden
Analogschalteinheiten 115 und 125 verbinden entsprechend in gegenseitiger Abstimmung die erste Anschlusseinrichtung 111 mit dem analogen Signaleingang 201 und die erste
Anschlusseinrichtung 121 mit der Diagnoseschaltung 130.
Zweckmäßig ist die erste VerbindungsauswahlVorrichtung bzw. sind die bei Fig. 1 die erste Verbindungsaus ählVorrichtung bereitstellenden zwei Analogschalteinheiten 115 und 125 so ausgebildet, dass es außerdem möglich ist, beide
Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 oder 120 falls erwünscht auch gleichzeitig mit demselben Signaleingang zu verbinden. Dies kann insbesondere beim Umschalten der Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 der Fall sein, denn werden beim Umschalten zum Testen beide
Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 für eine kurze Zeit parallel an demselben Signaleingang betrieben, können die Messergebnisse verglichen werden, welches folglich eine 100% Diagnosedeckung der Analogschalter ermöglicht. In diesem Fall werden folglich die von den Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 ausgegebenen Ausgangssignale, z.B. wie an späterer Stelle beschrieben, der Diagnoseschaltung 130 zugeführt.
Den ersten Anschlusseinrichtungen 111 und 121 ist ferner zweckmäßig jeweils eine Entkopplungsschaltung 113 bzw. 123 zugeordnet, über welche jeweils die ersten
Anschlusseinrichtungen 111 oder 121 der Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 oder 120 mit den Signaleingängen 201 und 202 mittels der ersten
Verbindungsauswahlvorrichtung verbunden werden können. Die Entkopplungsschaltungen 113 und 123 verhindern
Rückwirkungen der Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 oder 120 untereinander oder auf die Signaleingänge 201 und 202 sowie Rückwirkungen der Signaleingänge untereinander und sind in der Regel fehlersicher ausgeführt und bedürfen typischer Weise keiner Diagnose.
Weitere an die erste Verbindungsauswahlvorrichtung geführte Signalpfade, wie insbesondere von der Diagnoseeinrichtung 130 kommende, um die ersten Anschlusseinrichtungen 111 oder 121 der Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 oder 120 mit diesen Signalpfaden verbinden zu können, zum Einspeisen von Test- und Diagnosesignalen zu Diagnosezwecken der
Analogsignal-Erfassungsschaltungen, werden somit zweckmäßig gleichermaßen über die EntkopplungsSchaltungen 113 und 123 geführt . Aber auch zur internen Strom- und
Spannungsquellenüberwachung vorgesehene,
VersorgungsSpannungen der Peripherie, sowie diverse für Diagnosezwecke benötigte Referenzspannungen führende und andere Signalpfade können über die EntkopplungsSchaltungen 113 und 123 an die erste Verbindungsauswahlvorrichtung geführt werden, um im Bedarfsfall die ersten
Anschlusseinrichtungen 111 oder 121 der Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 oder 120 mit diesen Signalpfaden verbinden zu können. Wie bei Fig. 1 zu sehen, sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel alle weiteren für
Diagnosezwecke benötigten Referenzspannungen, die nicht von der Diagnoseschaltung 130 kommen, jedoch nicht über die Entkopplungsschaltungen 113 und 123 an die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung geführt .
Mit den bei Fig. 1 dargestellten Analogschalteinheiten 115 und 125 können somit auf äußerst einfache Weise ausgewählte einzelne Analogsignale an die jeweilige Analogsignal- Erfassungsschaltung 110 bzw. 120 angelegt werden. Die
Analogschalteinheiten 115 und 125 werden durch die
Umschaltung der anzulegenden Signale und durch den
vorerwähnten Test durch die Diagnoseeinheit mit getestet.
Wenn zum Testen beim vorerwähnten Umschalten der
Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 beide Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 für eine kurze Zeit parallel mit demselben Eingangssignal betrieben und die Ausgangssignale verglichen werden, ermöglicht dies jedoch auch im Betrieb eine 100% Diagnosedeckung der
Analogschalteinheiten 115 und 125 im Betrieb.
Wie bei Fig. 1 ferner zu sehen, besitzt jede der
Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 zweckmäßig eine aktive Signalanpassungseinrichtung 114 bzw. 124 welchen die einzelnen, an die jeweilige Analogsignal- Erfassungsschaltung 110 bzw. 120 angelegten Analogsignale zur anwendungsspezifischen Verarbeitung der Analogsignale zugeführt werden und gegebenenfalls einen Analog/Digital- Wandler 116 bzw. 126, wobei der jeweilige digitale
Signalanschluss des Analog/Digital-Wandlers an die
jeweilige zweite Anschlusseinrichtung 112 bzw. 122
geschaltet ist und der jeweilige analoge Signalanschluss des Analog/Digital-Wandlers in Richtung zur ersten
Verbindungsauswahleinrichtung geschaltet und also gemäß Beispiel nach Fig. 1 an die aktive
Signalanpassungseinrichtung 114 bzw. 124 geschaltet ist. Um in praktischer Weise auch die zweiten
Anschlusseinrichtungen 112 und 122 entsprechend ausgewählt gegebenenfalls mit einer für die weitere Verarbeitung des AusgangsSignals des Analogsignal-Erfassungskanals
vorgesehenen, insbesondere anwendungsspezifischen,
VerarbeitungsVorrichtung 300 oder auch auf einfache Weise mit der Diagnoseschaltung 130 zu verbinden, besitzt der Analogsignal-Erfassungskanal 100 zweckmäßig eine zweite Verbindungsauswahlvorrichtung 101, welche ausgebildet ist, insbesondere in Abstimmung mit der ersten Verbindungsauswahlvorrichtung, diese Verbindungen zu bewirken.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ansteuerung der ersten Verbindungsauswahleinrichtung zur wechselnden Auswahl der Analogsignal-Erfassungsschaltungen, um die eine oder andere für einen bestimmbaren Zeitraum mit einem bestimmten analogen Signaleingang zur Erfassung von analogen
Eingangssignalen zu verbinden bzw. für Test- und/oder
Diagnosezwecke zu verwenden, und der gegebenenfalls
vorhandenen zweiten Verbindungsauswahleinrichtung nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, jedoch auf für den
Fachmann an und für sich bekannte Maßnahmen umsetzbar ist. Da die Art der Ansteuerung ferner kein wesentlicher
Bestandteil der Erfindung ist, wird sie auch nicht näher beschrieben. Die Ansteuerung kann jedoch z.B. durch die Diagnoseschaltung 130 selbst erfolgen oder, wenn, wie bei Fig. 1 dargestellt, z.B. ein MikroController als
anwendungsspezifische Verarbeitungsvorrichtung 300
vorgesehen ist, auch durch diesen. Aufgrund der Nutzung eines wie bei Fig. 1 dargestellten MikroControllers als weitere Verarbeitungsvorrichtung 300 ist folglich der
Einsatz der Analog/Digital-Wandlern 116 bzw. 126 und der Einsatz einer digital arbeitenden
Verbindungsauswahlvorrichtung 101, bei Fig. 1 als
Datenkoppler bezeichnet, in praktischer Umsetzung besonders zweckmäßig.
Diese Diagnoseschaltung 130 beinhaltet jedoch zweckmäßig alle erforderlichen Testeinrichtungen, die für eine
festgelegte Diagnosedeckung für den Test der Analogsignal- Erfassungsschaltungen 110 und 120 erforderlich sind. Auch deren Ansteuerung kann je nach Ausführung durch die
Diagnoseschaltung 130 selbst erfolgen oder durch eine andere Einrichtung, wie z.B. den als
Verarbeitungsvorrichtung 300 skizzierten Mikrokontroller, der z.B. mit einer Sicherheitslogik ausgebildet ist. Auch kann eine Aufgabenteilung der Diagnosefunktionalitäten zwischen der Diagnoseschaltung 130 und dem Mikrokontroller in Bezug auf die Ansteuerung vorgesehen sein.
Nachfolgend wird auf Fig. 2 Bezug genommen, welche eine weitere bevorzugte und besonders zweckmäßige
Ausgestaltungen aufweisende Ausführungsform einer
Analogsignal-Eingangsschaltung, jedoch mit zwei
Analogsignal-Erfassungskanälen dargestellt. Da die
Komponenten im wesentlichen gleich sind oder gleich wirken, wie die in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen, wird nachfolgend lediglich auf erfindungswesentliche Unterschiede
eingegangen. Der erste Analogsignal-Erfassungskanal 100 ist hierbei gemäß Fig. 2 oberhalb der gestrichelten Linie und der zweite Analogsignal-Erfassungskanal 100' unterhalb der gestrichelten Linie skizziert. In ähnlicher Weise können selbstverständlich weitere Analogsignal-Erfassungskanäle vorgesehen sein, so dass sich die Anzahl von Analogsignal- Erfassungskanälen entsprechend erhöht. Jeder Analogsignal- Erfassungskanal 100 und 100' besitzt hierbei wiederum zwei Analogsignal-Erfassungsschaltungen 110 und 120 bzw. 110' und 120', die in der bereits in Bezug auf Fig. 1
beschriebenen Weise aufgebaut sind, und eine
Diagnoseschaltung 130 bzw. 130'. Die bei Fig. 2 dargestellte Anzahl von zwei Analogsignal- Erfassungskanälen 100 und 100 ' können redundant betrieben werden oder zu einem Redundanzblock zusammengeschaltet sein. Wie bei Fig. 2 mit dem mit "K" bezeichneten
Doppelpfeil dargestellt, kommunizieren hierzu z.B. jeweils eine einem Analogsignal-Erfassungskanal 100 nachgeschaltet Verarbeitungsvorrichtung 300 mit einer dem anderen
Analogsignal-Erfassungskanal 100' nachgeschalteten
Verarbeitungsvorrichtungen 300'. Ergänzend können auch die Signaleingänge redundant erfasst werden, d.h. am
Signaleingang 201 und am Signaleingang 201' liegen die selben Signale an und auch am Signaleingang 202 und am Signaleingang 202' liegen die selben Signale an und können folglich mittels der Analogsignal-Erfassungskanäle 100 und 100' redundant erfasst werden.
Die Spannungsversorgung der Peripherie beider Analogsignal Erfassungskanäle 100 und 100' oder auch weiterer, können durch die gleichen VersorgungsSpannungen oder separat versorgt werden, insbesondere bei hoch verfügbaren Geräten kann die Versorgung der beiden Analogsignal- Erfassungskanäle 100 und 100' zweckmäßig unabhängig voneinander realisiert werden. Die Überwachung der
einzelnen Spannungen erfolgt dann wiederum durch die
Diagnoseschaltung 130 oder 130' des jeweiligen
Analogsignal-Erfassungskanals 100 bzw. 100'.
Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Erfassung der analogen
Eingangssignale mittels der Analogsignal- Erfassungsschaltung 110 oder 120 eines jeden Analogsignal- Erfassungskanals 100, 100', die mit dem jeweils zu
messenden Eingang (aus einer Anzahl von 1 bis n) verbunden ist, erfolgen kann. Diese Analogsignal-Erfassungsschaltung 110 oder 120 eines jeden Analogsignal-Erfassungskanals 100, 100' kann ferner zwischen den Signaleingängen umgeschaltet werden, um den Zustand der einzelnen analogen
Signaleingänge nacheinander zu erfassen. Mit anderen Worten kann diese somit aktive Analogsignal-Erfassungsschaltung zwischen den einzelnen Signaleingängen zur Erfassung der Eingangswerte umgeschaltet werden, wobei die Umschaltung zwischen den Signaleingängen z.B. durch eine vorhergehende Priorisierung der einzelnen Signaleingängen gesteuert werden kann.
Die zweite Analogsignal-Erfassungsschaltung 120 bzw. 110 eines jeden Analogsignal-Erfassungskanals 100, 100', die im Regelbetrieb zu diesem Zeitpunkt nicht an einer
Sicherheitsfunktion beteiligt sich, kann sich folglich im Test befinden, der durch die Diagnoseeinheit durchgeführt wird, ohne die Funktionalität des Analogsignal- Erfassungskanals 100, 100' und also eine mit diesem
verbundene Sicherheitsfunktion in irgendeiner Weise zu beeinträchtigen. Sobald der Test bzw. die Diagnose
vollständig abgeschlossen ist, kann die getestete bzw.
diagnostizierte Analogsignal-Erfassungsschaltung wieder in die Sicherheitskette aufgenommen und die andere
Analogsignal-Erfassungsschaltung aus der Sicherheitskette entfernt und mit der Diagnoseeinheit für die Testzwecke verbunden werden. Wurde auch diese Analogsignal- Erfassungsschaltung vollständig getestet, erfolgt z.B. eine weitere Umschaltung, bei der der Ausgangszustand wieder hergestellt wird. Außerdem ist es möglich, beide
Analogsignal-Erfassungsschaltung eines Analogsignal- Erfassungskanals auch parallel zu betreiben, um z.B. die ermittelten Messwerte beider Analogsignal- Erfassungsschaltung miteinander zu vergleichen und somit die Diagnosedeckung noch weiter zu verbessern. Da während des Tests die zu testende Analogsignal-Erfassungsschaltung somit in keiner Sicherheitskette liegt, kann jede
Analogsignal-ErfassungsSchaltung zu 100% getestet werden. Folglich können die Diagnose-/Testimpulse jegliche
Sicherheitsfunktion auch nicht beeinträchtigen und es können weitere Zustände getestet werden, die beim Betrieb in einer Sicherheitskette nicht zulässig wären, z.B.
verschiedene Einstellungen einer aktiven Signalanpassung, z.B. der Verstärkung.
Im Fehlerfall gibt die erfindungsgemäße Analogsignal- Eingangschaltung die gesicherte Diagnose, welche der
Analogschaltungen defekt ist und kann aufgrund der
"überzähligen" Analogsignal-Erfassungsschaltung in jedem Analogsignal-Erfassungskanal somit im Fehlerfall auch einen abgesicherten Weiterbetrieb mit eingeschränkter Diagnose ermöglichen.
Ferner kann mittels der Diagnoseschaltung auch eine
Kalibrierung einer Analogsignal-Erfassungsschaltung im laufenden Betrieb ohne zeitliche und/oder funktionale
Beeinflussung der laufenden Messungen und der
Gerätefunktion (Selbstkalibrierung) bewirkt werden. Da somit durch die Diagnoseeinheit die gesamte Analogsignal- Eingangsschaltung auch während der Laufzeit kalibriert werden kann, kann mit der Erfindung durch Testen bzw.
Diagnostizieren der Analogsignal-Eingangsschaltung im
Betrieb je nach Anwendung auch ein Proof-Test (vorheriger Funktionstest) vollständig ersetzt werden. Da eine von der Diagnoseschaltung durchgeführte Diagnose keinen Einfluss auf das zeitliche Verhalten hat, weder in Bezug auf das die Analogsignal-Eingangsschaltung umfassende Gerät noch in Bezug auf die Geräte, deren Analogsignal an den Signaleingängen erfasst werden, kann die von der
Diagnoseschaltung durchgeführte Diagnose damit z.B. auch weiterhin die synchrone Signalerfassung und Übergabe an das Überlagerte Netzwerk sicherstellen. So sind z.B. auch keine Testsignale an der Eingangsklemme eines Signaleingang sichtbar.
Die von der Diagnoseschaltung durchgeführte Diagnose kann folglich auch die Zustände der Analogsignal - Erfassungsschaltungen überprüfen, die in einer aktiven Messung der EingangsSignale unzulässig sind. Da somit insgesamt die Testtiefe gegenüber herkömmlichen Lösungen besser ist, verbessern sich folglich auch die Ergebnisse der Quantifizierung. Auch kann der Test bzw. die Diagnose parallel mit der Erfassung der analogen Eingangssignale, insbesondere auch parallel mit der Erfassung von für die Sicherheit eines Prozesses relevanten analogen
Eingangssignale, laufen.
Die von der Diagnoseschaltung eingesetzten
Diagnose- /Testpattern können z.B. auch aus dem
Entwicklungsprozess entnommen werden, wodurch sich der Entwicklungsaufwand für die Entwicklung der
Diagnoseschaltung reduziert. Auch bietet die Erfindung eine kostengünstige Realisierung, da jeweils für zwei
Analogsignal -Erfassungsschaltungen nur eine Diagnoseeinheit benötigt wird. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt somit darin, dass eine Analogsignal-Erfassungsschaltung des
Analogsignal-Erfassungskanals ein am analogen Signaleingang anliegendes Analogsignal erfasst, während eine weitere Analogsignal-Erfassungsschaltung des selben Analogsignal- Erfassungskanals für einen bestimmbaren Zeitraum getestet und/oder diagnostiziert wird. Nach dem Test bzw. der
Diagnose können und werden diese daraufhin getauscht, d.h. die getestete Analogsignal-Erfassungsschaltung übernimmt nach dem Wechsel für einen bestimmbaren Zeitraum die
Durchführung der Messungen, während die erste Analogsignal- Erfassungsschaltung getestet wird.
Während Fig. 1 und Fig. 2 Lösungen, insbesondere zur
Erfassung langsamer analoger Eingangssignale, mit einer Anzahl von 1 bis n analogen Signaleingänge und mit je zwei Analogsignal-ErfassungsSchaltungen pro Analog- Erfassungskanal skizzieren, bei denen also eine
Analogsignal-Erfassungsschaltung zwischen den
Signaleingängen verbunden wird, während die andere mit der Diagnoseeinheit oder weiteren Signalen wie
Referenzspannungen und VersorgungsSpannungen zur
Durchführung von Messungen zu Testzwecken verbunden ist, wobei nach dem Test der Wechsel der beiden Analogsignal- Erfassungsschaltungen erfolgt, ist der Fig. 3 eine Skizze einer weiteren auf Fig. 1 basierenden Ausführungsform einer Analogsignal-Eingangsschaltung mit lediglich einem
Analogsignal-Erfassungskanal zu entnehmen, welche
insbesondere zur Erfassung schnellerer bzw. zeitkritischer analoger Eingangssignale nochmals verbessert ist. Da die Komponenten im wesentlichen gleich sind oder gleich wirken, wie die in Bezug auf Fig. 1 oder auf Fig. 2 beschriebenen, wird nachfolgend lediglich auf erfindungswesentliche
Unterschiede eingegangen. Bei der Lösung nach Fig. 3 ist wiederum eine Anzahl von 1 bis n analogen Signaleingängen vorhanden, jedoch beherbergt ein Analogsignal-Erfassungskanal eine Anzahl von wenigstens drei Analogsignal-Erfassungsschaltungen und maximal eine Anzahl von Analogsignal-Erfassungsschaltungen, die um eins größer als die Anzahl der analogen Signaleingängen ist.
Bei Fig. 3 ist die Anzahl von analogen Signaleingängen daher mit 201, 202 bis n angedeutet und die Anzahl von Analogsignal-Erfassungsschaltungen daher mit 110, 120 bis n, n+1 angedeutet. Entsprechend können den Analogsignal- Erfassungsschaltungen bzw. bei Fig. 3 nicht explizit dargestellten ersten Anschlusseinrichtungen ferner
zweckmäßig jeweilige Entkopplungsschaltung 113, 123 bis n, n+1 zugeordnet sein, über welche die Analogsignal- Erfassungsschaltungen mit den Signaleingängen, der
Diagnoseeinheit 130 oder weiteren Signalen wie
Referenzspannungen und VersorgungsSpannungen zur
Durchführung von Messungen zu Testzwecken mittels der bei Fig. 3 nicht explizit dargestellten ersten
Verbindungsauswahlvorrichtung verbunden werden können. Da jede der Analogsignal-Erfassungsschaltungen eines
Analogsignal-Erfassungskanals 100 mit deren erster
Anschlusseinrichtung mit jeweils einem analogen
Signaleingang aus der Anzahl von analogen Signaleingängen zur Erfassung eines analogen Eingangssignals verbindbar ist, können folglich mehrere Signaleingänge gleichzeitig mit mehreren Analogsignal-Erfassungsschaltungen zur Durchführung der Messungen verbunden sein, also stehen je nach Ausführung maximal n Analogsignal- ErfassungsSchaltungen für maximal n Signaleingänge zur Verfügung. Eine Analogsignal-Erfassungsschaltung ist für einen bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt, z.B.
gemäß Fig. 3 die Analogsignal-Erfassungsschaltung "n+1", getestet und/oder diagnostiziert zu werden, und also z.B. mit der Diagnoseeinheit 130 verbunden. Nach dem Test bzw. der Diagnose erfolgt wiederum der Wechsel der Analogsignal- Erfassungsschaltungen, d.h. die getestete Analogsignal- ErfassungsSchaltung übernimmt die Durchführung einer
Eingangssignalerfassung, wird also mit einem der
Signaleingänge verbunden, während die Analogsignal- ErfassungsSchaltung, die bis zu diesem Zeitpunkt mit diesem Signaleingang verbunden war, getestet wird. Diese Struktur ist folglich zur Erfassung schnellerer bzw. zeitkritischer Signale besser geeignet. Entsprechend zu den
Ausführungsformen nach Fig. 1 und Fig. 2 können wiederum weitere Signale wie z.B. Referenzspannungen und
Versorgungsspannungen zu Testzwecken gemessen werden und/oder mehrere Analogsignal-Erfassungskanäle parallel, insbesondere redundant oder zu einem Redundanzblock
zusammengeschaltet, betrieben werden.
Bezugszeichenliste
100, 100' Analogsignal-Erfassungskanal
101 zweite VerbindungsauswahlVorrichtung
110, 110', 120, 120' Analogsignal-Erfassungsschaltung
111, 121 erste Anschlusseinrichtung
112, 122 zweite Anschlusseinrichtung
113, 123 EntkopplungsSchaltung
114, 124 aktive Signalanpassungseinrichtung
115, 125 erste Verbindungsauswahlvorrichtung, insbesondere Analogschalteinheit
116, 126 Analog/Digital-Wandler
130, 130' Diagnosescha11ung
201, 201', 202, 202' analoger Signaleingang
211, 212 . Eingangsklemme
221, 222 Eingangsschutzschaltung
231, 232 passive Signalanpassungseinheit
300, 300' Verarbeitungsvorriehtung

Claims

Patentansprüche :
1. Analogsignal-Eingangsschaltung mit einer ersten Anzahl von Analogsignal-Erfassungskanälen (100; 100') und zumindest einer Diagnoseschaltung (130; 130'), wobei
- jeder Analogsignal-Erfassungskanal (100; 100') ausgebildet ist, ein an einem analogen Signaleingang aus einer zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen (201, 202; 201', 202') anliegendes analoges
Eingangssignal zu erfassen und ansprechend auf ein erfasstes analoges EingangsSignal ein Ausgangssignal auszugeben;
- jeder Analogsignal -Erfassungskanal (100; 100') jeweils zwei Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') und zumindest eine erste
Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) beherbergt;
- jede Analogsignal-Erfassungsschaltung (110, 120; 110', 120') eine erste Anschlusseinrichtung (111, 121) und eine zweite Anschlusseinrichtung (112, 122) besitzt;
- jede der Analogsignal-ErfassungsSchaltungen (110, 120; 110', 120') eines Analogsignal-Erfassungskanals (100; 100') mit deren erster Anschlusseinrichtung (111, 121) mit demselben analogen Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen (201, 202; 201', 202') zur Erfassung eines analogen
Eingangssignals zumindest zeitlich nacheinander verbindbar ist und beide Analogsignal- Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') eines Analogsignal-Erfassungskanals (100; 100') ausgebildet sind, ansprechend auf erfasste, einander
entsprechende analoge Eingangssignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen (112, 122) einander einsprechende Ausgangssignale auszugeben;
- je Analogsignal-Erfassungskanal (100; 100') für die Erfassung des an einem analogen Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen
anliegenden analogen Eingangssignals und für die auf das erfasste analoge Eingangssignal ansprechende Ausgabe des Ausgangssignals jeweils eine der zwei beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen für einen bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt ist, nicht mit deren erster Anschlusseinrichtung mit diesem analogen Signaleingang zur Erfassung dieses analogen Eingangssignals verbunden sondern für Test- und/oder Diagnosezwecke verwendet zu werden und die jeweils andere der zwei beherbergten Analogsignal- Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') für diesen bestimmbaren Zeitraum ausgewählt ist, mit deren erster Anschlusseinrichtung mit diesem analogen Signaleingang zur Erfassung dieses analogen
Eingangssignals verbunden zu werden und ansprechend auf das erfasste -analoge Eingangssignal an deren zweiter Anschlusseinrichtung als Ausgangssignal das Ausgangssignal des Analogsignal-Erfassungskanals auszugeben und, wobei die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) hierzu ausgebildet ist, die jeweilige erste
Anschlusseinrichtung (111, 121) der zwei beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') ansprechend auf die Auswahl zumindest entweder mit diesem zu verbindenden analogen Signaleingang oder mit der Diagnoseschaltung zu verbinden.
2. Analogsignal-Eingangsschaltung mit einer ersten Anzahl von Analogsignal-Erfassungskanälen (100; 100') und zumindest einer Diagnoseschaltung (130; 130'), wobei
- jeder Analogsignal-Erfassungskanal (100; 100') ausgebildet ist, an einer zweiten Anzahl von
wenigstens zwei analogen Signaleingängen (201, 202; 201', 202') anliegende analoge Eingangssignale zu erfassen und ansprechend auf erfasste analoge
Eingangssignale Ausgangssignale auszugeben;
- jeder Analogsignal-Erfassungskanal (100; 100') jeweils eine dritte Anzahl von Analogsignal- Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') und zumindest eine erste VerbindungsauswahlVorrichtung (115, 125) beherbergt;
- wobei die dritte Anzahl wenigstens drei beträgt und maximal um eins größer als die zweite Anzahl ist;
- jede Analogsignal-Erfassungsschaltung (110, 120; 110', 120') eine erste Anschlusseinrichtung (111, 121) und eine zweite Anschlusseinrichtung (112, 122) besitzt;
- jede der Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') eines Analogsignal-Erfassungskanals (100; 100') mit deren erster Anschlusseinrichtung (111, 121) mit jeweils einem analogen Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen (201, 202; 201', 202') zur Erfassung eines analogen Eingangssignals verbindbar ist, jede der
Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') eines Analogsignal-Erfassungskanals (100; 100') mit deren erster Anschlusseinrichtung (111, 121) mit demselben analogen Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen (201, 202; 201', 202') zur Erfassung eines analogen Eingangssignals zumindest zeitlich nacheinander verbindbar ist und alle der dritten Anzahl von Analogsignal- Erfassungsschaltungen (110, 120; 110' , 120') eines Analogsignal-Erfassungskanals (100; 100') ausgebildet sind, ansprechend auf erfasste, einander
entsprechende analoge Eingangssignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen (112, 122) einander entsprechende Ausgangssignale auszugeben;
- je Analogsignal-Erfassungskanal (100; 100') für die Erfassung von an Signaleingängen aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen anliegenden analogen Eingangssignalen und für die auf die
erfassten analogen Eingangssignale ansprechenden Ausgaben der Ausgangssignale jeweils eine
Analogsignal-Erfassungsschaltung für einen
bestimmbaren Zeitraum wechselnd ausgewählt ist, nicht mit deren erster Anschlusseinrichtung mit einem analogen Signaleingang zur Erfassung eines analogen EingangsSignals verbunden sondern für Test- und/oder Diagnosezwecke verwendet zu werden, und alle bis auf diese eine der dritten Anzahl von beherbergten
Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') jeweils für diesen bestimmten Zeitraum
ausgewählt sind, mit deren ersten
Anschlusseinrichtungen mit bestimmten analogen
Signaleingängen aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen zur Erfassung von analogen
Eingangssignalen verbunden zu werden und ansprechend auf die erfassten analogen Eingangssignale an deren zweiten Anschlusseinrichtungen als Ausgangssignale die Ausgangssignale des Analogsignal-Erfassungskanals auszugeben, wobei die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) hierzu ausgebildet ist, die jeweiligen ersten
Anschlusseinrichtungen (111, 121) aller beherbergten Analogsignal-Erfassungsschaltungen (110, 120; 110', 120') ansprechend auf die Auswahl zumindest entweder mit einem bestimmten zu verbindenden analogen
Signaleingang oder mit der Diagnoseschaltung zu verbinden.
Analogsignal-Eingangsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer ersten Anzahl von wenigstens zwei
Analogsignal-Erfassungskanälen (100, 100'),
insbesondere mit einer ersten Anzahl von wenigsten zwei Analogsignal-Erfassungskanälen die redundant betrieben werden können oder zu einem Redundanzblock zusammenschaltbar sind.
Analogsignal-Eingangsschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest ein Analogsignal-Erfassungskanal (100, 100') zur Verarbeitung auch von digitalen
Signalen ausgebildet ist und jede Analogsignal- Erfassungsschaltung (110, 120) dieses Analogsignal- Erfassungskanals einen Analog/Digital-Wandler (116, 126) beherbergt, dessen digitaler Signalanschluss an die jeweilige zweite Anschlusseinrichtung (112, 122) geschaltet ist und dessen analoger Signalanschluss in Richtung zur ersten Verbindungsauswahleinrichtung geschaltet ist.
Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Analogsignal- Erfassungskanal eine zweite
Verbindungsauswahlvorrichtung (101) besitzt, welche ausgebildet ist, in Abstimmung mit der ersten
Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) die zweiten Anschlusseinrichtungen (112, 122) entsprechend ausgewählt mit einer für die weitere Verarbeitung von Ausgangssignalen des Analogsignal-Erfassungskanals vorgesehenen Verarbeitungsvorrichtung (300) oder mit der Diagnoseschaltung (130) zu verbinden.
6. Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung (115, 125) ausgebildet ist, so dass eine Verbindung einer jeweiligen ersten Anschlusseinrichtung (111, 112) mit dem zu
verbindenden analogen Signaleingang, mit der
Diagnoseschaltung (130) , mit wenigstens einer
Referenzspannung oder mit wenigstens einer
VersorgungsSpannung eines Peripherieeinrichtung auswählbar ist.
7. Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Analogsignal- Erfassungsschaltung eine aktive
Signalanpassungseinrichtung (114, 124) beherbergt.
8. Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der ersten
Anschlusseinrichtung (111, 112) eine
Entkopplungsschaltung (113, 123) zugeordnet ist. Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein analoger Signaleingang aus der zweiten Anzahl von analogen Signaleingängen (201, 202, 201', 202') zusätzlich zu einer Eingangsklemme (211, 212) eine
Eingangsschutzschaltung (221, 222) und/oder eine passive Signalanpassungseinheit (231, 232) besitzt.
Analogsignal-Eingangsschaltung nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die erste
Verbindungsauswahlvorrichtung als Analogschalteinheit (115, 125) ausgebildet ist, wobei in jeder
Analogsignal-Erfassungsschaltung (110,120) jeweils eine solche Analogschalteinheit beherbergt ist.
PCT/EP2013/001443 2012-05-24 2013-05-16 Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen WO2013174490A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/397,375 US9658267B2 (en) 2012-05-24 2013-05-16 Analog signal input circuit to process analog input signals for the safety of a process
BR112014029187A BR112014029187A2 (pt) 2012-05-24 2013-05-16 circuito de entrada de sinal analógico com um número de canais de detecção de sinal analógico
EP13724166.7A EP2856649B1 (de) 2012-05-24 2013-05-16 Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen
CN201380027224.5A CN104335489B (zh) 2012-05-24 2013-05-16 带有一定数量的模拟信号获取信道的模拟信号输入电路
JP2015513041A JP6088642B2 (ja) 2012-05-24 2013-05-16 複数のアナログ信号検出チャネルを有するアナログ信号入力回路

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012010143.0 2012-05-24
DE102012010143A DE102012010143B3 (de) 2012-05-24 2012-05-24 Analogsignal-Eingangsschaltung mit einer Anzahl von Analogsignal-Erfassungskanälen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013174490A1 true WO2013174490A1 (de) 2013-11-28

Family

ID=48470897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/001443 WO2013174490A1 (de) 2012-05-24 2013-05-16 Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9658267B2 (de)
EP (1) EP2856649B1 (de)
JP (1) JP6088642B2 (de)
CN (1) CN104335489B (de)
BR (1) BR112014029187A2 (de)
DE (1) DE102012010143B3 (de)
WO (1) WO2013174490A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107710625A (zh) * 2015-05-07 2018-02-16 德克萨斯仪器股份有限公司 用于模数转换器的诊断监测

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104980140B (zh) * 2015-03-04 2018-03-13 广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院 一种模拟多用复用器
US9882575B1 (en) * 2016-10-14 2018-01-30 Analog Devices, Inc. Analog-to-digital converter with offset calibration
DE102019101352A1 (de) * 2019-01-18 2020-07-23 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Vorrichtung zum bereitstellen eines sensorsignals zum auswerten für ein bremssystem eines fahrzeugs, verfahren und steuergerät zum auswerten eines sensorsignals für ein bremssystem eines fahrzeugs und bremssystem für ein fahrzeug
WO2022137705A1 (ja) * 2020-12-22 2022-06-30 日立Astemo株式会社 電圧検知回路

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2108496A1 (de) 1971-02-23 1972-09-07 Sel Schaltungsanordnung zur ständigen Funktionskontrolle der Informationsverarbeitung und der Ausgabe von Datentelegrammen, insbesondere bei prozessrechnergesteuerten Eisenbahnsignalanlagen
US4358823A (en) 1977-03-25 1982-11-09 Trw, Inc. Double redundant processor
US5838899A (en) 1994-09-20 1998-11-17 Stratus Computer Digital data processing methods and apparatus for fault isolation
US6445319B1 (en) * 2000-05-10 2002-09-03 Texas Instruments Incorporated Analog to digital converter circuit
US20020152420A1 (en) 2001-04-13 2002-10-17 Shailender Chaudhry Providing fault-tolerance by comparing addresses and data from redundant processors running in lock-step
US20050240806A1 (en) 2004-03-30 2005-10-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Diagnostic memory dump method in a redundant processor
US6985975B1 (en) 2001-06-29 2006-01-10 Sanera Systems, Inc. Packet lockstep system and method
US20060010352A1 (en) 2004-07-06 2006-01-12 Intel Corporation System and method to detect errors and predict potential failures
EP1643323A1 (de) 2004-10-01 2006-04-05 SIS-Tech Applications, L.P. Elektomagnetventileinrichtung mit einstellbarer Funktion und Auswähler und pneumatischem Ventilstellglied sowie Prüfverfahren
DE102005011406A1 (de) * 2005-03-11 2006-09-14 Siemens Ag Zwei-Kanal-Verfahren zum ständigen Ermitteln zumindest eines Ausgangssignals aus sich ändernden Eingangssignalen
US7227479B1 (en) * 2005-12-22 2007-06-05 Lucent Technologies Inc. Digital background calibration for time-interlaced analog-to-digital converters
DE102007062974A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Signalverarbeitungsvorrichtung
EP2175371A1 (de) 2008-10-03 2010-04-14 Fujitsu Limited Synchronisationssteuervorrichtungen, Informationsverarbeitungsvorrichtungen und Synchronisationsverwaltungsverfahren
EP2196908A1 (de) 2008-12-15 2010-06-16 Converteam Technology Ltd Elektronisches System mit Elemente-Redundanz und Steuerungskette eines Motors, der dieses System verwendet
EP2207097A1 (de) 2009-01-07 2010-07-14 Robert Bosch GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Steuergerätes
EP2228723A1 (de) 2009-03-10 2010-09-15 Robert Bosch GmbH Verfahren zur Fehlerbehandlung eines Rechnersystems
US7949833B1 (en) 2005-01-13 2011-05-24 Marvell International Ltd. Transparent level 2 cache controller
US7979746B2 (en) 2009-04-27 2011-07-12 Honeywell International Inc. Dual-dual lockstep processor assemblies and modules
US8037364B2 (en) 2009-01-09 2011-10-11 International Business Machines Corporation Forced management module failover by BMC impeachment consensus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57203134A (en) * 1981-06-09 1982-12-13 Toshiba Corp Analog inputting device
JPS63208326A (ja) * 1987-02-24 1988-08-29 Mitsubishi Electric Corp アナログ−デイジタル変換回路
EP1506616A1 (de) * 2002-05-08 2005-02-16 Continental Teves AG & Co. oHG Elektronische schaltungsanordnung zur fehlerabgesicherten analog-/digital-umwandlung von signalen
JP2007285764A (ja) * 2006-04-13 2007-11-01 Toshiba Lsi System Support Kk 半導体装置及びその自己試験故障検出方法
JP2008131298A (ja) 2006-11-20 2008-06-05 Fyuutorekku:Kk アナログ／ディジタル変換装置及びアナログ／ディジタル変換補正方法
US7850127B2 (en) * 2008-03-11 2010-12-14 Ansaldo Sts Usa, Inc. Cab signal receiver demodulator employing redundant, diverse field programmable gate arrays
JP4801180B2 (ja) * 2009-03-06 2011-10-26 株式会社日立製作所 多チャンネルアナログ入出力回路の故障診断装置及び故障診断方法
JP5376151B2 (ja) * 2009-08-26 2013-12-25 日本電気株式会社 Ａ／ｄ変換装置
CA2707373A1 (en) * 2010-06-14 2011-12-14 Ievgenii Bakhmach Platform and method to implement safety critical instrumentation and control (i&c) functions

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2108496A1 (de) 1971-02-23 1972-09-07 Sel Schaltungsanordnung zur ständigen Funktionskontrolle der Informationsverarbeitung und der Ausgabe von Datentelegrammen, insbesondere bei prozessrechnergesteuerten Eisenbahnsignalanlagen
US4358823A (en) 1977-03-25 1982-11-09 Trw, Inc. Double redundant processor
US5838899A (en) 1994-09-20 1998-11-17 Stratus Computer Digital data processing methods and apparatus for fault isolation
US6445319B1 (en) * 2000-05-10 2002-09-03 Texas Instruments Incorporated Analog to digital converter circuit
US20020152420A1 (en) 2001-04-13 2002-10-17 Shailender Chaudhry Providing fault-tolerance by comparing addresses and data from redundant processors running in lock-step
US6985975B1 (en) 2001-06-29 2006-01-10 Sanera Systems, Inc. Packet lockstep system and method
US20050240806A1 (en) 2004-03-30 2005-10-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Diagnostic memory dump method in a redundant processor
US20060010352A1 (en) 2004-07-06 2006-01-12 Intel Corporation System and method to detect errors and predict potential failures
EP1643323A1 (de) 2004-10-01 2006-04-05 SIS-Tech Applications, L.P. Elektomagnetventileinrichtung mit einstellbarer Funktion und Auswähler und pneumatischem Ventilstellglied sowie Prüfverfahren
US7949833B1 (en) 2005-01-13 2011-05-24 Marvell International Ltd. Transparent level 2 cache controller
DE102005011406A1 (de) * 2005-03-11 2006-09-14 Siemens Ag Zwei-Kanal-Verfahren zum ständigen Ermitteln zumindest eines Ausgangssignals aus sich ändernden Eingangssignalen
US7227479B1 (en) * 2005-12-22 2007-06-05 Lucent Technologies Inc. Digital background calibration for time-interlaced analog-to-digital converters
DE102007062974A1 (de) 2007-12-21 2009-06-25 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Signalverarbeitungsvorrichtung
EP2175371A1 (de) 2008-10-03 2010-04-14 Fujitsu Limited Synchronisationssteuervorrichtungen, Informationsverarbeitungsvorrichtungen und Synchronisationsverwaltungsverfahren
EP2196908A1 (de) 2008-12-15 2010-06-16 Converteam Technology Ltd Elektronisches System mit Elemente-Redundanz und Steuerungskette eines Motors, der dieses System verwendet
EP2207097A1 (de) 2009-01-07 2010-07-14 Robert Bosch GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Steuergerätes
US8037364B2 (en) 2009-01-09 2011-10-11 International Business Machines Corporation Forced management module failover by BMC impeachment consensus
EP2228723A1 (de) 2009-03-10 2010-09-15 Robert Bosch GmbH Verfahren zur Fehlerbehandlung eines Rechnersystems
US7979746B2 (en) 2009-04-27 2011-07-12 Honeywell International Inc. Dual-dual lockstep processor assemblies and modules

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KENNETH C DYER ET AL: "An Analog Background Calibration Technique for Time-Interleaved Analog-to-Digital Converters", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, vol. 33, no. 12, December 1998 (1998-12-01), XP011060879, ISSN: 0018-9200 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107710625A (zh) * 2015-05-07 2018-02-16 德克萨斯仪器股份有限公司 用于模数转换器的诊断监测

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014029187A2 (pt) 2017-06-27
JP6088642B2 (ja) 2017-03-01
US9658267B2 (en) 2017-05-23
CN104335489B (zh) 2017-08-15
EP2856649A1 (de) 2015-04-08
CN104335489A (zh) 2015-02-04
JP2015522995A (ja) 2015-08-06
US20150145522A1 (en) 2015-05-28
EP2856649B1 (de) 2018-02-14
DE102012010143B3 (de) 2013-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2856649B1 (de) Analogsignal-eingangsschaltung mit einer anzahl von analogsignal-erfassungskanälen
EP1695055B1 (de) Messeinrichtung, insbesondere temperaturmessumformer
EP2613463B1 (de) Verfahren zur überwachung eines transmitters und entsprechender transmitter
DE102007055521B4 (de) Vorrichtung zur Überwachung eines Überwachungsbereichs
DE102013113296A1 (de) Redundante Rechenarchitektur
DE10392545B4 (de) Elektronische Schaltungsanordnung zur fehlerabgesicherten Analog-/Digital-Umwandlung von Signalen
DE102009026785A1 (de) Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße
DE102017123615A1 (de) Konfigurierbares Sicherheitsmodul zur Erfassung digitaler oder analoger Eingangs- oder Ausgangssignale
DE102007061282A1 (de) Verfahren zur sicheren Erfassung mehrerer analoger Eingangssignale, analoge Eingabeschaltung sowie Messsensor und Messumformer mit einer derartigen analogen Eingabeschaltung
EP2867624B1 (de) Mehrkanaliger drehwinkelgeber
EP3073333A1 (de) Sicherheitsarchitektur für fehlersichere Systeme
EP2239752B1 (de) Sichere Schalteinrichtung und modulares fehlersicheres Steuerungssystem
DE102013111888B4 (de) Sicherheitsvorrichtung zum mehrkanaligen Verarbeiten eines analogen Eingangssignals
EP2667267B1 (de) Analogsignal-Ausgangsschaltung mit einer Anzahl von Analogsignal-Ausgabekanälen
EP1928091B1 (de) Sensoreinheit mit Sicherheitssystem
DE102013005579B3 (de) Verfahren für einen fehlersicheren Betrieb eines netzwerksfähigen Steuerungssystems
DE102009002734A1 (de) Feldgerät zur Bestimmung oder Überwachung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung
DE102007009141A1 (de) Sicherheitsvorrichtung und Sicherheitsverfahren mit mehreren Verarbeitungsstufen
EP0694451B1 (de) Fahrzeugsicherungsanordnung
DE202008012472U1 (de) Optoelektronischer Sensor
DE102011111532A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Überwachen einer gefahrbringenden Einrichtung durch Auswertung der Beschleunigung
EP3281365A1 (de) Schnittstellenerweiterungseinrichtung für eine netzwerkeinrichtung und verfahren zum betrieb einer schnittstellenerweiterungseinrichtung
DE202014010494U1 (de) Messeinrichtung
DD268542A1 (de) Schaltungsanordnung zur verbesserung von zuverlaessigkeit und verfuegbarkeit dezentraler automatisierungssysteme
DE102011087133A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer globalen Pixelansteuerung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13724166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015513041

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013724166

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14397375

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112014029187

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112014029187

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20141124