[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum digitalen Überwachen von Meldeschaltern
oder dergleichen und der zugehörigen Zuführungsleitungen zur Steuerung, bei der jedem
Meldeschalter antiparallel geschaltete Gleichrichterelemente zugeordnet sind, den
Zuführungsleitungen rechteckförmige Taktwechselspannungen eingeprägt sind und die
an der Steuerung ausgewählten Signale die Stellung der Meldeschalter oder eine Störung
auf den Zuführungsleitungen anzeigen.
[0002] Mit diesem Oberbegriff wird auf eine Anordnung Bezug genommen,wie sie beispielsweise
aus der DE-AS.25 42 996 bekannt ist.
[0003] Industrielle Prozesse werden heute in zunehmendem Maße automatisiert. Damit erhöht
sich in der Regel auch die Anzahl der Sensoren, z.B. Schalter, Taster, Wächter usw.,
an den einzelnen Aggregaten. Hieraus resultiert dann auch ein umfangreiches Leitungsnetz,
das diese Sensoren mit der zentralen Steuereinrichtung - heute meistens in Form einer
speicherprogrammierbaren Steuerung - mit oder ohne Mikroprozessor - verbindet. Fehler
in einem derartigen Leitungsnetz führen in vielen Fällen zu großen Stillstandszeiten,
weil eine aufwendige Fehlersuche betrieben werden muß. Je nach Art der industriellen
Anlage, z.B. Bergbau oder Chemieindustrie, werden vom Abnehmer darum Überwachungen
gefordert, die Fehler wie Drahtbruch, Kurzschluß usw, selektiv melden und auch die
Stellung des Schalters erfassen sollen. Hierbei ist es jedoch nicht erwünscht, wenn
die Zahl von Leitungsverbindungen durch eine derartige Überwachung erhöht wird.
[0004] Bei einem bekannten Verfahren werden die externen Geber mit einer sinusförmigen Wechselspannung
versorgt und über eine Halbleiterschaltung am Geber - im einfachsten Fall zwei antiparallel
geschaltete Dioden - je nach Geberstellung nur die positive oder die negative Halbwelle
zum-Eingang des zentralen Steuergerätes durchgelassen. Das anstehende Signal kann
dann z.B. derart ausgewertet werden, daß das Auftreten der negativen Halbwelle an
der Steuerung bedeutet, daß der Geber sich in der ersten Stellung befindet, das Eintreffen
der positiven Halbwelle, daß sich der Geber in der zweiten Stellung befindet, das.Eintreffen
beider Halbwellen einen Leitungskurzschluß signalisiert und das Fehlen jeglicher Spannung
den Leitungsbruch meldet. Zusätzlich kann gegebenenfalls auch noch eine Pegelüberwachung
vorgesehen werden, um eine Leitungsverschlechterung zu erfassen.
[0005] Es ist auch bekannt, statt einer sinusförmigen Wechselspannung eine rechteckförmige
Wechselspannung zu benutzen und entsprechende Signalaussagen abzuleiten. In beiden
Fällen ist jedoch eine relativ aufwendige Eingangselektronik in der Steuerung erforderlich,
um die notwendige Auswertung der ankommenden Signale zu erreichen..(Vgl, z.B. DE-AS
25 42 996). Dies beruht u.a. darauf, daß die peripheren Signalleitungen auch im ungestörten
Betrieb getaktete_Signale führen.
[0006] Bei einem anderen bekannten Verfahren wird jedem externen Geber eine aktive Spannungsquelle,
z.B. ein Niederfrequenzsender zugeordnet, der gleichzeitig über die Signalleitung
versorgt wird.
[0007] Die Eingangselektronik übernimmt dann ebenfalls für jedes Eingangssignal die Auswertung
des anstehenden Signales.
[0008] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer Einrichtung der eingangs
genannten Art die Signalauswertung zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß auf jeden Steuerungseingang über einen Widerstand eine gegenüber
der ersten Taktwechselspannung phasenverschobene Taktwechselspannung geschaltet ist
und die sich jeweils aus den beiden Taktwechselspannungen an den Eingängen ergebenden
Potentialverläufe als Anzeigekriterien dienen. Vorteilhafterweise wird dabei als Phasenverschiebung
180° gewählt.
[0009] Auf diese Weise ergibt sich aus dem Potentialverlauf - d.h. dem statischen Pegel
- praktisch sofort der Zustand von Leitung bzw. Geber. Der Mehraufwand zur Realisierung
der Schaltung besteht im wesentlichen nur aus dem Widerstand, da die Taktsignale bei
den heute normalerweise verwendeten speicherprogrammierbaren Steuerungen von vornherein
vorhanden bzw. durch Software leicht zu realisieren sind. Bei konventionellen Elektroniksteuerungen
fällt eine Takterzeugung ebenfalls kaum ins Gewicht.
[0010] Zusätzlich zur Überwachung von Leitungen und Gebern kann vorteilhafterweise auch
noch das Taktsystem selbst überwacht werden. Ebenso kann es von Vorteil sein, wenn
der Pegel der Taktwechselspannung überwacht wird.
[0011] Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 das Prinzip der Überwachung,
Figur 2 eine etwa detailliertere Schaltung im Rahmen einer Steuerung,
Figur 3 die Taktwechselspannungen und das Potential (Pegel) an den Eingängen der Steuerung,
Figur 4 den Ersatz eines Wechselschalters durch einen einfachen Schalter, dessen Stellungen
ebenfalls überwacht werden sollen und
Figur 5 eine einfache Anordnung zur Überprüfung des Pegels der Taktwechselspannung.
[0012] In Figur 1 ist die Gesamtanlage schematisch in zwei Teile unterteilt, nämlich einmal
in den Teil 1, der die externen Geber wie Schalter, Taster usw, umfaßt und den zentralen
Teil 2, der die Steuerung, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung mit serieller
Datenverarbeitung umfaßt. Es besteht die Aufgabe, die Stellung der Geber von denen
der Einfachheit halber nur ein Geber 3 in der Zeichnung dargestellt ist, zu erkennen
und ferner zu erfassen, ob die Zuleitungen 8 bzw. 9 zum Geber 3 unterbrochen sind
oder ein Kurzschluß K zwischen den Leitungen 8 und 9 vorliegt.
[0013] Hierzu werden die Geber 3 über die Leitung 8 an eine Taktwechselspannung T2 angeschlossen,
wie sie beispielsweise in Zeile 2 von Figur 3 dargestellt ist. Je nach Schalterstellung
a oder b liegt dann die Spannung am Gleichrichterelement 4 oder am gegensinnig gepolten
Gleichrichterelement 5. Die Gleichrichterelemente 4 bzw. 5 sind über eine gemeinsame
Leitung 9 mit dem Eingang 61 des betreffenden Digitaleingabebausteines 6 der Steuerung
verbunden.
[0014] Zusätzlich wird über Leitung 10 und Widerstände 7 von z.B. 2 KΩ an die Eingänge 61
eine Taktwechselspannung T1 angelegt, die um 180° gegenüber der Taktwechselspannung
T2 verschoben ist. Diese Taktwechselspannung T1 ist in Zeile 1 von Figur 3 dargestellt.
Sie kann in einfacher Weise z.B. mittels eines Umkehrgatters 11 aus der Taktwechselspannung
T2 erzeugt werden.
[0015] Unter der Voraussetzung, daß der Quellwiderstand der Taktwechselspannungsquellen
gegen Null geht, die.endliche Steigung der Taktflanken vernachläßigt wird und der
Widerstand der Digitaleingabebausteine gegen unendlich geht, ergibt sich aus den beiden
Taktwechselspannungen in Verbindung mit den antiparallelen Gleichrichterelementen
4 und 5 einer der in den Zeilen 3 bis 6 dargestellten Potentialverläufe P am Eingang
61, und zwar, falls sich der Geber 3 in der Stellung a befindet, das Potential H am
Eingang 61, falls sich der Geber 3 in der Stellung b befindet, das Potential L, bei
einem Kurzschluß K zwischen den Leitungen 8, 9 oder zwischen verschiedenen Geberleitungen
das Signal in Zeile 5, das der Taktwechselspannung T2 entspricht und bei einem Drahtbruch
B, der in Zeile 6 dargestellte Potentialverlauf, der der Taktwechselspannung T1 entspricht.
[0016] Figur 2 zeigt die etwas erweiterte Form einer schaltungsmäßigen Realisierung des
in Figur 1,gezeigten prinzipiellen Erfindungsgedankens. Hier sind als Spannungsquellen
für die Taktwechselspannungen T1 und T2 jeweils Ausgabestufen 12 und 13 vorgesehen,
die durch Software-Befehle im Rahmen einer speicherprogrammierbaren Steuerung so angesprochen
werden, daß sie an ihren Ausgängen die benötigten Taktwechselspannungen T1, T2 zur
Verfügung stellen. Mit der Überwachung kann nicht nur der Kurzschluß K zwischen Hin-
und Rückleitung 8, 9 des Gebers erfaßt werden, sondern auch ein Kurzschluß K1 zwischen
zwei benachbarten Leitungen 8. In jedem Fall ist das Potential P auf dem digitalen
Eingangsbaustein 6 ein Kriterium für den Zustand des betreffenden Gebers 3 und der
Leitungen.
[0017] Bei der in Figur 4 gezeigten Anordnung wird der Geber durch einen einfachen Ein-Ausschalter
31 gebildet. Um auch hier den Zustand des Schalters und die Leitung überwachen zu
können, wird die zweite Schalterstellung dadurch simuliert, daß beim Öffnen des Schalters
31 der Transistor 32 leitend wird, was so wirkt, als ob der Schalter 31 wie in dem
Ausführungsbeispiel nach Figur 1 auf den anderen Gleichrichterzweig umgeschaltet worden
wäre.
[0018] Die Anordnung nach Figur 5 dient zum Pegeltest. Hierzu ist im Zuge der Leitung 8
ein Testschalter 81 vorgesehen, nach dessen Öffnen die Taktwechselspannung bzw, der
Taktwechselstrom durch Verändern des Widerstandes 82 in der Amplitude eingestellt
werden kann. Die resultierende Amplitude kann mit einem Meßgerät 83
'überwacht werden. Es kann hiermit geprüft werden, ob sich z.B. die Isolationseigenschaften
der Leitungen verschlechtert haben, z.B. derart, daß bei einer bestimmten Reduzierung
der Testwechselspannung kein Meßsignal empfangen wird, obwohl dies bei einwandfreiem
Arbeiten der Anlage der Fall sein müßte. Diese Pegeltestumschaltung kann gelegentlich
von Hand oder auch selbsttätig von Zeit zu Zeit durch die Steuerung vorgenommen werden.
[0019] Die vorliegend beschriebene Überwachungsschaltung ist im Prinzip für alle elektronischen-Steuerungen
brauchbar, ist aber besonders vorteilhaft für seriell arbeitende speicherprogrammierbare
Steuerungen, da bei diesen die Takterzeugung ohne weiteres von vornherein gegeben
ist und auch die Taktfrequenz der Taktwechselspannung auf die Arbeitszyklen der Steuerung
abgestellt werden kann, z.B. wird die Überprüfung von Geber und Leiter jeweils am
Beginn oder am Ende eines Abfragezyklus der Geber vorgenommen. Wird das Tastverhältnis
(Puls-Pause) der Taktwechselspannungen asymmetrisch gemacht, z.B. im Verhältnis 1:8,
so kann der betreffende Fehlerfall einfach optisch durch kurzes oder langes Blinken
angezeigt werden.
1. Einrichtung zum digitalen Überwachen von binären Gebern oder dergleichen und/oder
zugehörigen Zuführungsleitungen zur Steuerung, bei der jedem Geber antiparallel geschaltete
Gleichrichterelemente zugeordnet sind und den Zuführungsleitungen rechteckförmige
Taktwechselspannungen eingeprägt sind und die an der Steuerung ausgewerteten Signale
die Stellung der Geber oder Störungen auf den Zuführungsleitungen anzeigen, dadurch
gekennzeichnet, daß auf jedem Steuerungseingang über einen Widerstand (7) eine gegenüber
der erstgenannten Taktwechselspannung (T2) phasenverschobene Taktwechselspannung (T1)
geschaltet ist und die sich jeweils aus den beiden Taktwechselspannungen (T1, T2)
an den Eingängen (61) ergebenden Potentialverläufe (P) als Anzeigekriterien dienen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktwechselspannungen
um 180° gegeneinander verschoben sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Zuführungsleitungen
(8, 9) zu den Gebern (3) eine Einrichtung (82) zur Verminderung des Signalpegels um
vorbestimmte Werte vorgesehen ist.