Schaltungsanordnung zur automatischen Funktionsüberprüfung einer Überwachungseinrichtung

Abstract

 Schaltungsanordnung zur automatichen Funktionsüberprüfung einer Überwachungseinrichtung (UWE) für Lichtsignalanlagen mit einem Prüfsystem (PRS), welches Fehler durch gezielte Beeinflussung (BE) der Überwachungseinrichtung (UWE) simuliert. Ein dadurch hervorgerufener Alarm (ALA) wird während der Prüfungszeit unterdrückt. Die Schaltungsanordnung ist von einer fehler­sicheren Exclusiv-Oder-Schaltung (EXOR) gebildet, die ein selbsthaltendes (K1) Alarmrelais (K) und zwei Pumpschaltungen (A und B) mit jeweils einem zugehörigen Kondensator (C3,C4), einem im Eingangskreis angeordneten RC-Glied (R1,C1 und R14,C2) und Schalttransistoren (T1 bis T6) aufweist. Die Pumpschal­tungen (A,B) erzeugen die Erregerspannung für das Alarmrelais (K). Die erste Pumpschaltung (A) ist vom Alarmsignal (ALA) und die zweite Pumpschaltung (B) ist vom Alarmunterdrückungssignal (ALU) beaufschlagt. Jeweils eine Pumpschaltung (A oder B) lädt ihren Kondensator (C3 oder C4) auf, während die andere Pump­schaltung (B oder A) ihren Kondensator (C4 oder C3) über das Alarmrelais (K) entlädt, wobei das Alarmrelais (K) abfällt, wenn die negative Kondensatorspannung die Abfallspannung unter­schreitet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur automatischen Funktionsüberprüfung einer Überwachungsein­richtung für Lichtsignalanlagen, wobei von einem Prüfsystem Fehler durch gezielte Beeinflussung der Überwachungsein­richtung simuliert und ein dadurch hervorgerufener Alarm während der Prüfungszeit unterdrückt wird.

[0002] Überwachungseinrichtungen für Lichtsignalanlagen sind bekannt. Beispielsweise ist in der deutschen Offenlegungsschrift 34 28 444 eine Überwachungseinrichtung für eine Verkehrs­signalanlage beschrieben, bei der die jeweiligen Signali­sierungszustände auf ihre Zulässigkeit überprüft werden.

[0003] Es wurde bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 36 21 305.5), derartige Überwachungseinrichtungen auf konfliktfreie Signalisierung und Fehlersicherheit der Schalt­kreise in regelmäßigen Zeitabständen derart zu beeinflussen, daß ein Fehler kurzzeitig simuliert wird, der einen Alarm hervorruft, welcher jedoch während der Dauer der Überprüfung unterdrückt wird.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, für eine solche Überprüfung eine Schaltungsanordnung zur automatischen und fehlersicheren Durchführung anzugeben.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer obengenannten Überwachungsein­richtung dadurch gelöst, daß die Schaltungsanordnung von einer fehlersicheren Exclusiv-Oder-Schaltung gebildet ist, die ein selbsthaltendes Alarmrelais und zwei Pumpschaltungen mit jeweils einem zugehörigen Kondensator, einem im Eingangskreis angeord­netem RC-Glied und Schalttransistoren aufweist, daß die Pump­ schaltungen die Erregerspannung für das Alarmrelais erzeugen, daß die erste Pumpschaltung vom Alarmsignal und die zweite Pumpschaltung vom Alarmunterdrückungssignal beaufschlagt sind, und daß jeweils eine Pumpschaltung ihren Kondensator auflädt, während die andere Pumpschaltung ihren Kondensator über das Alarmrelais entlädt, wobei das Alarmrelais abfällt, wenn die Abfallspannung das Alarmrelais unterschreitet.

[0006] Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird sicherge­stellt, daß eine automatische Prüfung der Überwachungsein­richtung nach der sicheren Seite hin möglich ist, denn die fehlersichere Exclusiv-Oder-Schaltung stellt nach dem Ende der Beeinflussung den Alarmweg wieder her, wobei jedoch während der Beeinflussung das Ausbleiben des durch die Fehlersimulation ausgelösten Alarms das Alarmrelais abfallen läßt, so daß ein Alarm angezeigt wird. Dabei fällt das Alarmrelais ab, wenn die negative Kondensatorspannung die Abfallspannung unterschreitet.

[0007] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die automatische Überprüfung in bestimmten Zeitabständen und inner­halb einer bestimmten Zeitspanne, wobei die erfindungsgemäße Exclusiv-Oder-Schaltung den minimalen und maximalen Abstand, in dem die Beeinflussung, d.h. die Prüfung, also der Prüfungs­abstand, erfolgen muß und ferner die minimale und maximale Zeitdauer der Prüfung. Dabei wird in der Zeitdauer für die Prüfung der Kondensator der ersten Pumpschaltung mit einer kurzen Zeitkonstanteng geladen und der zweite Kondensator der zweiten Pumpschaltung mit einer kurzen Zeitkonstanten entladen. Des weiteren wird in der Zeit zwischen zwei Prüfungen, also im Zeitabstand von Beeinflussung zu Beeinflussung, der Kondensator der ersten Pumpschaltung mit einer großen Zeitkonstante entladen und der Kondensator der zweiten Pumpschaltung mit einer großen Zeitkonstanten geladen. Hierbei wird die Zeit für die Prüfungsdauer vom Wert eines Widerstandes im Ladekreis des Kondensators der 1. Pumpschaltung und deren Wert sowie vom Widerstandswert der Relaiswicklung des Alarmrelais und dem Wert des Kondensators der 2. Pumpschaltung bestimmt. Die relativ große Zeitkonstante für die Zeit für den Prüfabstand wird dabei vom Widerstandswert der Relaiswicklung des Alarmrelais K und dem Wert des Kondensators der 1. Pumpschaltung sowie dem Widerstandswert eines weiteren Widerstandes im Ladekreis des Kondensators der 2. Pumpschaltung bestimmt. Mit Ausnahme kleiner Schaltzeittoleranzen überwacht die erfindungsgemäße Exclusiv-Oder-Schaltung diese Zeitabstände selbst, so daß der Prüfabstand und die Prüfdauer nicht über- oder unterschreitbar ist.

[0008] Zur Gewährleistung bestimmter Schaltzeittoleranzen weist die erfindungsgemäße Exclusiv-Oder-Schaltung im jeweiligen Eingangsschaltkreis ein RC-Glied auf, wobei das RC-Glied der ersten Pumpschaltung den Schaltzeitpunkt der ersten Pump­schaltung und das zweite RC-Glied der zweiten Pumpschaltung den Schaltzeitpunkt der zweiten Pumpschaltung verschiebt.

[0009] Weitere Vorteile ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus der Erläuterung der Erfindung anhand eines Ausführungs­beispiels. Dabei zeigen

Fig. 1 schematisch eine Blockschaltung für eine bekannte manuelle Prüfung,

Fig. 2 schematisch ein Blockschaltbild mit der erfindungs­gemäßen Exclusiv-Oder-Schaltung für eine automatische Über­prüfung,

Fig. 3 ein Schaltbeispiel der erfindungsgemäßen Exclusiv-Oder-­Schaltung und

Fig. 4 ein dazu entsprechendes Zeitdiagramm.

[0010] In Fig. 1 ist eine Überwachungseinrichtung UWE angedeutet, in die über die Eingänge E die verschiedenen Signalisierungs­zustände einer Lichtsignalanlage gelangen. Mit Hilfe eines manuell betätigbaren Prüftasters PRT wird die Überwachungs­einrichtung in bestimmter Weise beeinflußt, was mit dem Bezugs­zeichen BE und dem entsprechenden Pfeil angedeutet ist.

[0011] Die Überwachungseinrichtung UWE gibt einen Alarm ALA aus, der über einen nicht mehr dargestellten Alarmkontakt zu einem Meldeglied MG gelangen würde, wenn nicht mit einem eigens dafür vorgesehenen Schalter S der Alarm unterdrückt wird.

[0012] Das in Fig.2 dargestellte Blockschaltbild ist dem der Fig.1 ähnlich. Die Überwachungseinrichtung UWE ist mit den Signali­sierungszuständen über die Eingänge E beaufschlagt. Von einem Prüfsystem PRS, das beispielsweise von einem Mikroprozessor realisiert werden kann, wird die Überwachungseinrichtung UWE gezielt beeinflußt, was mit dem Pfeil BE dargestellt ist. Während des Prüfvorgangs (Beeinflussung BE) wird ein Alarm­unterdrückungssignal ALU an die erfindungsgemäße Exclusiv-Oder-­Schaltung EXOR gegeben, die an einem weiteren Eingang mit dem Alarmsignal ALA beaufschlagt wird. Unter anderem weist die Exclusiv-Oder-Schaltung EXOR einen Alarmkontakt AK auf, der hier in der Fig.2 mit K2 bezeichnet ist und der einen Alarm zu einem hier nicht dargestelltem Meldeglied MG gibt. Ferner ist an die fehlersichere Exclusiv-Oder-Schaltung eine Wiederein­schalttaste WET angeschlossen, die mit S1 bezeichnet ist.

[0013] Die erfindungsgemäße Exclusiv-Oder-Schaltung ist als ein mögliches Ausführungsbeispiel in Fig.3 dargestellt und weist zwei Pumpschaltungen A und B auf. Neben den Spannungsver­sorgungsanschlüssen weist die Pumpschaltung einen Eingang auf, an den das Alarmsignal ALA gelangt. Die Pumpschaltung B weist einen Eingang auf, an dem das Alarmunterdrückungssignal ALU gelangt. Die Pumpschaltung A weist im Eingangskreis ein erstes RC-Glied auf, das von dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 gebildet ist, die Pumpschaltung B weist im Eingangskreis ein zweites RC-Glied auf, das vom Widerstand R14 und dem Konden­sator C2 gebildet ist. Beide Pumpschaltungen A und B sind mit ihren jeweiligen Pumpkondensatoren C3 und C4 an dem Alarm­relais K angeschlossen, das einen Selbsthaltekontakt K1 und einen Alarmkontakt AK mit K2 bezeichnet aufweist, der im Normal­fall geschlossen ist und nur im Alarmfall öffnet, so daß ein Alarm über die Anschlußpunkte L und M zu einem Meldeglied MG gelangt. Im Ladekreis der Pumpschaltung A ist der Widerstand R8 und der Schalttransistor T3 angeordnet. Im Ladekreis der Pumpschaltung B ist der Widerstand R9 angeordnet. Ferner ist hier in sehr einfacher Weise die Wiedereinschalttaste llt, die mit S1 bezeichnet ist und eben im einfachsten Fall parallel zum Selbsthaltekontakt K1 angeordnet ist.

[0014] Findet nun aus irgendeinem Grunde die Überprüfung nicht oder zeitlich fehlerhaft statt, so wird ein Alarm ausgelöst, d.h. der Alarmkontakt K1 öffnet. Löst die in Fig.3 nicht gezeigte Überwachungseinrichtung UWE (gemäß Fig.2) von sich aus einen Alarm aus, so wird der Alarm sofort oder nach Beendigung einer gerade laufenden Prüfung durchgeschaltet. Nach einer Alarm­gabe muß zur Wiedereinschaltung die Taste S1 betätigt werden. Dieser Vorgang kann auch mittels eines Relaiskontakts auto­matisiert werden, was hier weiter nicht dargestellt ist. Die fehlersichere Exclusiv-Oder-Schaltung hält bei Alarm und Alarm­unterdrückung oder bei keinem Alarm und keiner Alarmunter­drückung den Alarmkontakt geschlossen.

[0015] Bauteilefehler, seien es die Kondensatoren des RC-Gliedes oder die Kondensatoren C3,C4, oder eine erhöhte +5V-Versorgungs­spannung, führen zu einem Alarm oder zu einer erhöhten An­sprechempfindlichkeit.

[0016] Die Schaltung spricht auch an, wenn ein Kurzschluß oder eine Unterbrechung an den Halbleiterschlüssen oder Kondensatoren auftritt. Ebenso führt eine Unterbrechung der Widerstands- und Verbindungsleitungen sowie eine Erhöhung der Werte von Wider­ständen zum Ansprechen der Schaltung oder zu einer erhöhten Ansprechempfindlichkeit. Die oben schon erwähnten Zeitkon­stanten der Pumpschaltung A und B sind der Prüfdauer PD (Pumpschaltung B) und dem Prüfabstand PA (Pumpschaltung A) angepaßt.

[0017] Die beiden Pumpschaltungen A und B erzeugen die zum Erregen des Alarmrelais erforderliche negative Spannung Uc. Jeweils eine Pumpschaltung lädt ihren Kondensator positiv auf, während die andere Pumpschaltung ihren Kondensator über das Relais K entlädt. Das Relais fällt ab, wenn die Abfallspannung erreicht wird. Dies ist der Fall, wenn eine Pumpschaltung ihren Kondensator nicht über K lädt oder ein Kondensator bis unter die Abfallspannung entladen wird. Dabei kann für den Prüfabstand (PA) eine Dauer von einigen Sekunden, z.B. zwei Sekunden, und für die Prüfdauer (PD) ca. ein Zehntel dieser Zeit vorgesehen sein. Die im Eingangsschaltkreis be­findlichen RC-Glieder verzögern den Schaltzeitpunkt an den Punkten a am Kondensator C3 und am Punkt b am Kondensator C4. Dadurch ergibt sich für den Wechsel der stromliefernden Pump­kondensatoren eine Schaltzeit-Toleranz (SZT) bis zu deren Grenze die Spannung (Haltespannung U_c) am Alarmrelais K nicht unterbrochen wird. Dies wird anhand der Fig.4 noch erläutert. Da die beiden Kondensatoren C1 und C2 im jeweiligen Eingangskreis bei höheren Frequenzen auch noch eine Filter­funktion erfüllen, wird verhindert, daß bei fehlerhaftem Schaltspiel im 100-Hz-Bereich (entsprechend der Abfallszeit des Relais K) noch eine ausreichende Haltespannung am Alarmrelais K anliegt.

[0018] In Fig.4 sind mehrere Zeitdiagramme dargestellt. Im ersten Dia­gramm ist der Spannungswert U des Alarmsignals ALA dargestellt, das während der Prüfungsdauer PD, die relativ kurz ist, bei­spielsweise 0,2 Sekunden positiv, dann folgt der Prüfabstand PA von beispielsweise zwei Sekunden ohne Alarmsignal und dann kommt wieder das Alarmsignal ALA. Darunter ist entsprechend das Alarmunterdrückungssignal ALU invertiert dargestellt, d.h. während der Prüfdauer PD ist das Signal negativ, während des Prüfabstandes PA ist es positiv. Entsprechend darunter sind für die Schaltungspunkte a am Kondensator C3 und der Schaltungs­punkt b am Kondensator C4 die Spannungswerte gezeigt. Wie schon erwähnt, verursachen die beiden RC-Glieder im Eingangskreis der Pumpschaltung A und B eine Verzögerung der Schaltzeitpunkte, wie aus der Zeichnung ersichtlich, am Schaltungspunkt a verzögert durch die Anstiegsflanke von ALA und am Schaltungs­punkt b verzögert durch die Abstiegsflanke von ALU. Diese Verzögerung führt zu Schaltzeittoleranzen SZT für die Signale ALA und ALU. Wird der Zeitversatz zwischen dem Alarmsignal ALA und dem Alarmunterdrückungssignal ALU größer als die Toleranzgrenze SZT plus die Abfallverzögerungszeit des Alarmrelais K, so fällt das Relais ab. Unter diesen Diagrammen ist in Fig.4 noch ein weiteres Diagramm dargestellt, das die negative Haltespannung U_c zeigt, die entsprechend verzögert mit der Anstiegsflanke von ALA verhältnismäßig schnell, also mit einer kleinen Zeitkon­stante, abfällt. Dabei wird der Kondensator C4 entladen, die Zeitkonstante ist vom Widerstandswert der Relaiswicklung und C4 gebildet. Der Entladevorgang muß größer oder gleich der Prüfungsdauer sein. Ferner wird bei diesem Vorgang der Kondensator C3 ebenfalls mit einer kurzen Zeitkonstante geladen. Die Zeitkonstante ist vom Widerstandswert des Widerstandes R8 und dem Kondensator C3 abhängig und muß kleiner als die Prüfungsdauer sein. Nach der Prüfungsdauer PD, also mit der Abstiegsflanke des Alarmsignals ALA fällt die Spannung am Relais langsam, d.h. mit einer großen Zeitkonstante bis zur Relais-Haltespannung ab. Dabei wird der Konden­sator C3 entladen. Die Zeitkonstante ist von der Relaiswicklung und dem Kondensator C3 bestimmt und muß größer oder gleich dem Prüfabstand PA sein. Gleichzeitig wird der Kondensator C4 geladen, ebenfalls mit einer großen Zeitkonstante, die vom Widerstandswert R9 und dem Kondensator C4 abhängig ist. Der Ladevorgang muß in einer Zeit beendet sein, die kleiner als der Prüfabstand ist.

[0019] Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es möglich, sowohl den Alarmweg zu unterbrechen und ihn sicher wiederher­zustellen als auch den Prüfabstand und die Prüfdauer auf minimalen und maximalen Abstand hin zu überwachen. Wie schon erwähnt, führen auch bestimmte Versorgungsspannungsfehler und Bauteilefehler zu einem sicheren Abfall des Relais oder zu einer erhöhten Ansprechempfindlichkeit. Wird in diesem Schalt­beispiel beispielsweise die Versorgungsspannung von +5 Volt größer, so wird die Schaltschwelle vom Transistor T1 bzw.

[0020] Transistor T6 nicht mehr erreicht und K1 öffnet. Ist bei­spielsweise die Diode D1 unterbrochen, so kann C3 nicht mehr geladen werden und das Alarmrelais K fällt ab, wenn C3 entladen ist oder C4 wieder lädt. Ein weiteres Beispiel für einen Bauteilefehler wird angenommen, wenn z.B. die Diode D2 nicht sperrt. Dann fällt ebenfalls das Relais K sofort ab. Diese Fehlerbetrachtung kann für alle Bauteile der Schaltung vorgenommen werden und führt jeweils zu dem Ergebnis, daß das Alarmrelais K abfällt oder die Ansprechempfindlichkeit erhöht wird. Das Relais K muß für Sicherheitsanwendungen geeignet sein, z.B. Doppelanker-Relais.

Ansprüche

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Funktionsüber­prüfung einer Überwachungseinrichtung (UWE) für Lichtsignal­anlagen, wobei von einem Prüfsystem (PRS) Fehler durch gezielte Beeinflussung (BE) der Überwachungseinrichtung (UWE) simuliert und ein dadurch hervorgerufener Alarm (ALA) während der Prüfungszeit unterdrückt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungs­anordnung von einer fehlersicheren Exclusiv-Oder-Schaltung (EXOR) gebildet ist, die ein selbsthaltendes (K1) Alarmrelais (K) und zwei Pumpschaltungen (A und B) mit jeweils einem zu­gehörigen Kondensator (C3,C4), einem im Eingangskreis ange­ordneten RC-Glied (R1,C1 und R14,C2) und Schalttransistoren (T1 bis T6) aufweist, daß die Pumpschaltungen (A,B) die Er­regerspannung für das Alarmrelais (K) erzeugen, daß die erste Pumpschaltung (A) vom Alarmsignal (ALA) und die zweite Pump­schaltung (B) vom Alarmunterdrückungssignal (ALU) beaufschlagt sind, und daß jeweils eine Pumpschaltung (A oder B) ihren Kondensator (C3 oder C4) auflädt, während die andere Pump­schaltung (B oder A) ihrem Kondensator (C4 oder C3) über das Alarmrelais (K) entlädt, wobei das Alarmrelais (K) abfällt, wenn die Abfallspannung des Alarmrelais K unterschritten ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die automati­sche Prüfung in bestimmten Zeitabständen (Prüfabstand PA) und innerhalb einer bestimmten Zeitspanne (Prüfdauer PD) erfolgt, daß in der Zeitspanne für die Prüfdauer (PD) der Kondensator (C3) der ersten Pumpschaltung (A) geladen und der Kondensator (C4) der zweiten Pumpschaltung (B) entladen wird, daß im Zeitabstand (Prüfabstand) (PA) der Kondensator (C3) der ersten Pumpschaltung (A) entladen und der Kondensator (C4) der zweiten Pumpschaltung (B) geladen wird, daß die Zeit der Prüfdauer (PD) von einem Widerstand (R8) im Ladekreis des ersten Kondensators (C3) der ersten Pumpschaltung (A) und den Wert dieses Konden­sators (C3) sowie vom Widerstandswert der Relaiswicklung des Alarmrelais (K) und dem Wert des Kondensators (C4) der zweiten Pumpschaltung (B) bestimmt ist, daß die Zeit für den Prüfabstand (PA) vom Widerstandswert der Relaiswicklung des Alarmrelais (K) und dem Wert des Kondensators (C3) der ersten Pumpschaltung (A) sowie von einem weiteren Widerstand (R9) im Ladekreis des Kondensators (C4) der zweiten Pumpschaltung (B) und dem Wert dieses Kondensator (C4) bestimmt ist, und daß der Prüfabstand (PA) und die Prüfdauer (PD) mit Ausnahme kleiner Schaltzeittoleranzen (SZT) nicht über- oder unter­schreitbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Glied (R1,C1) der ersten Pumpschaltung (A) den Schaltzeitpunkt am zugehörigen Kondensator (C3) (am Schaltpunkt a), und daß RC-­Glied (R14,C2) der zweiten Pumpschaltung (B) den Schaltzeit­punkt am zugehörigen Kondensator (C4) (am Schaltpunkt b) zur Gewährleistung einer bestimmten Schaltzeittoleranz (SZT) für die Haltespannung (U_c) des Alarmrelais (K) verzögert.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An­sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Exclusiv-Oder-Schaltung (EXOR) einen echten Alarm nach Prüfungsende durchschaltet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Alarmrelais (K) eine Wiedereinschalttaste (S1) zuge­ordnet ist, die von einem selbsttätig schaltbaren Relais­kontakt gebildet ist.

Zeichnung