DE10017266C1 - Sicherheitseinrichtung für einen kontaktlosen Mehrfach-Meßwertübertrager - Google Patents

Abstract

Bei einem Mehrfach-Meßwertübertrager, bestehend aus einem rotierenden Meßwertumformer (100), einer stationären Auswerteschaltung (200) sowie einem Transformator (10) mit einer rotierenden und einer feststehenden Wicklung erfolgt eine von der Meßgrößenübertragung unabhängige Meßgrößenüberwachung. Hierzu ist im Meßwertumformer jedem Meßwertfühler (F1...F8) ein Vergleicher (V1...V8) zugeordnet, welcher den jeweiligen Meßwert mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht und im Falle einer Grenzwertüberschreitung die Meßwertübertragung an die stationäre Transformatorwicklung sperrt. Auf dem feststehenden Maschinenteil spricht eine zusätzliche Überwachungsschaltung (45, 46) auf das Ausbleiben der Meßgrößenimpulse an und schaltet die Energiezufuhr zum geregelten Stellglied, beispielsweise für eine Heizvorrichtung, ab.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von mehreren Meßwerten vom rotierenden Teil einer Maschine auf ein feststehendes Maschinenteil gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1, beispielsweise zum Übertragen von Temperaturmeßwerten einer Heizgalette. Eine in der Praxis seit langem bewährte Vorrichtung dieser Art ist in DE 38 30 384 C2 beschrieben. Dort dient ein einziger, eine feststehende und eine rotierende Wicklung aufweisender Transformator sowohl der Stromversorgung eines rotierenden Meßwertumformers als auch der Rückübertragung der Meßimpulsfolgen und auch der Übertragung der Synchronisiersignale zwischen einem rotierende Meßstellenabtaster und einem stationären Meßsignalverteiler für die einzelnen Reglerkanäle.

Bei einem in DE 195 40 905 A1 beschriebenen kontaktlosen Meßwertübertrager für Mehrzonen- Heizgaletten ist in den rotierenden Teil des Übertragers ein Mikroprozessor sowie ein über diesen adressierbarer elektronischer Speicher integriert, in dem Ausgangssignale der Temperaturfühler, Eingangssignale zu deren Steuerung, Kalibrierwerte für die Temperaturfühler, Abfrageprogramme und auch Fehlermeldungen, z. B. "Übertemperatur" speicherbar sind, die später abgerufen werden können.

Auch bei ordnungsgemäß arbeitendem Meßwertübertrager kann es beispielsweise im Falle einer Galettenheizung zu örtlichen Überhitzungen der Galette kommen, wenn etwa der üblicherweise in den Heizstromkreis eingeschaltete Tyristor oder Triac defekt ist und trotz eines Steuerbefehls "AUS" den Heizstrom nicht unterbricht. Oder es tritt ein Software- oder Hardwarefehler im Realer auf, wodurch trotz der Meldung "Überhöhte Temperatur" ständig der Steuerbefehl "EIN" an den Heizer gegeben wird. Schließlich können auch Verdrahtungsfehler zu Übertemperaturen und oft zu einem Totalschaden führen. Diesen Problemen kann man auf verschiedene Weise abhelfen. So kann ein zusätzlicher rotierender Überwachungsfühler und ein vom Meßwertübertrager für Regelzwecke unabhängiges Überwachungssystem eingesetzt werden. Dies ist teuer und vielfach platzraubend. Ferner kann man einen zusätzlichen, in eine Ringnut der Galette eintauchenden, stationären Überwachungsfühler vorsehen, der unter Umgehung der Reglers unmittelbar auf den Heizstromkreis einwirkt. Solche bekannten Ringnutfühler sind in der Praxis immer wieder störungsanfällig, weil der die Galette umschlingende Faden trotz der üblichen Abweisvorrichtung in den Ringraum eindringt und den Fühler zerstört. Weiterhin kann man einen stationären Überwachungsfühler im Eisen- oder Kupferpaket des Induktionsheizers vorsehen. Diese Lösung ist zwar mechanisch zuverlässig aber thermisch träge, so daß es auch hier zur Überhitzung und Zerstörung der Galette kommen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es folglich, eine zuverlässige und gleichwohl kostengünstige Sicherheitseinrichtung zu schaffen, welche auch bei nicht durch die Meßwertfühler oder den Meßwertübertrager bedingten, eine Grenzwertüberschreitung der Regelgröße hervorrufenden Fehlern eine Abschaltung der Energiezufuhr gewährleistet. Dies gelingt mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Es erfolgt hier ein Meßwertvergleich mit einem Grenzwert unmittelbar auf dem rotierenden Teil des Meßwertübertragers, und am feststehenden Maschinenteil ist eine von der Reglersteuerung getrennte, besondere Überwachungsschaltung vorhanden, welche im Falle einer Grenzwertüberschreitung direkt auf die Energiequelle einwirkt und diese abschaltet. Die Sicherheitsabschaltung erfolgt auch dann, wenn der gesamte Meßwertübertrager oder die Stromversorgung für die Überwachungsschaltung ausfallen sollte. Die Erfindung ist nicht nur bei der Mehrzonen-Temperaturregelung von Heizgaletten sondern auch bei anderen Mehrfach-Regeleinrichtungen, z. B. Druck-, Feuchte- oder Fadenspannungs- Reglern einsetzbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels erläutert, welches hinsichtlich Schaltungsaufbau und Wirkungsweise des Mehrfach-Meßwertübertragers mit DE 38 30 384 C2 übereinstimmt und insoweit auch die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Die in der Zeichnung dargestellte Meßwert-Übertragungsvorrichtung besteht aus einem rechts von der strichpunktierten Linie wiedergegebenen, auf dem rotierenden Maschinenteil angeordneten und mit diesem umlaufenden Meßwertumformer 100 und einer links von der strichpunktierten Line gezeigten, auf dem feststehenden Maschinenteil vorgesehenen und somit stationären Auswerteschaltung 200, die über einen einzigen Drehtransformator 10 miteinander gekoppelt sind. Die Auswerteschaltung 200 hat beispielsweise den in DE 38 30 384 C2 ausführlich beschriebenen Aufbau und ist zusammenfassend als STATOR des Meßwertübertragers bezeichnet.

Zur Stromversorgung des Meßwertumformers 100 erzeugt ein HF-Generatur in der Auswerteschaltung 200 ein Wechselspannungssignal von z. B. 1 MHz und speist dieses in die links von der strichpunktierten Linie dargestellte Primärwicklung des Drehtransformators ein. An seine Sekundärwicklung ist eine Gleichrichterschaltung, bestehend aus einer Diode 11 und einem Kondensator 12, angeschlossen, die eine ungeregelte Betriebsspannung +U_B von etwa 10 V entstehen läßt. Mit dieser nicht stabilisierten Betriebsspannung werden die aktiven Schaltkreise des Meßwertumformers und über die Brückenwiderstände 105 bis 112 die hier als Temperaturfühler dienenden temperaturabhängigen Meßwiderstände F1 bis F8 gespeist. Diese werden über einen Analog-Multiplexer 103 nacheinander an den nicht invertierenden Eingang (+) eines als Vergleicher arbeitenden Differenzverstärkers 15 angeschlossen. Sein Ausgang liegt am Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators 16, der ein Resetsignal an den Rückstelleingang R eines Zählers 17 liefert. Der Zähleingang des Zählers 17 ist mit der Sekundärwicklung des Drehtransformators 10 verbunden, so daß der Zähler nach dem Rücksetzen jeweils eine vorgegebene Anzahl, z. B. 64 Impulse des übertragenen 1 MHz-Signals zählt und danach bis zum Eintreffen des nächsten Resetimpulese anhält. Der Ausgang des Zählers 17 steht über die Reihenschaltung von Widerstand 19 und Kondensator 18 mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung in Verbindung, das zugleich das Bezugspotential COMMON für die Betriebsspannung U_B führt. Am Verbindungspunkt von Widerstand 19 und Kondensator 18 erzeugt dieses Siebglied ein Analogsignal entsprechend dem arithmetischen Mittelwert der Zählerausgangsimpulse, das somit am invertierenden Eingang (-) des Differenzverstärkers 15 steht. Dieser vergleicht also den genannten Mittelwert mit der durch den jeweils eingeschalteten Meßwiderstand F1 bis F8 erzeugten temperaturabhängigen Meßspannung. Sobald die Differenzspannung auf der Eingangsseite des Verstärkers 15 verschwindet, ändert sich die Frequenz des Oszillators 16 nicht mehr.

Das Resetsignal am Ausgang des Oszillators 16 gelangt ferner an die Basis eines über die Diode 21 der Sekundärwicklung parallelgeschalteten Transistors 20. Bei jedem Rückstellimpuls wird somit die Sekundärwicklung über diesen Transistor 20 kurzgeschlossen. Der Fortschaltung des Multiplexers 103 dient ein ebenfalls mit den 1 MHz-Impulsen aus der Sekundärwicklung angesteuerter weiterer Zähler 101, der nach jeweils gleichen Zeitintervallen von beispielsweise 0,2 s das Bitmuster an seinen Ausgängen A0, A1, A2 ändert und somit die Meßwerteingänge des Multiplexers 103 nacheinander adressiert und den betreffenden Meßwiderstand F1 . . . F8 mit der Leitung 104 zum nicht-invertierenden Eingang (+) des Verstärkers 15 verbindet. Bei jedem Anschließen eines der Meßwiderstände findet die zuvor beschriebene Umsetzung der analogen Meßspannung in eine diesem Spannungswert zugeordnete Frequenz des Oszillators 16 statt. Mit dieser Frequenz wird einerseits der Zähler 17 zurückgestellt und andererseits die Sekundärwicklung kurzgeschlossen. Das Kurzschließen der Sekundärwicklung induziert in der Primärwicklung Impulse, welche im Rhythmus der Resetsignale auftreten. Man erhält also an der Primärwicklung und letztlich am Ausgang 44 der Auswerteschaltung 200 eine die gemessene Temperatur oder sonstige Meßgröße kennzeichnende Frequenz. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen, auf dem stationären Teil der Maschine angeordneten Auswerteschaltung ist in DE 38 30 384 C2 erläutert und wird deshalb nicht im einzelnen beschrieben..

Zusätzlich zum oben beschriebenen und ebenfalls aus DE 38 30 384 C2 bekannten Meßumformer 100 ist auf dem rotierenden Teil an den dem Bezugspotential COMMON abgewandten Ausgang jedes der Temperaturfühler F1 bis F8 der negative Eingang (-) eines Vergleichers V1 bis V8 angeschlossen, während dem positiven Eingang (+) aller Vergleicher eine gemeinsame, den zulässigen Temperaturgrenzwert definierende Spannung vom Abgriff 40 eines Spannungsteilers 41, 42 zugeführt wird. Dieser ist zwischen die Versorgungsspannung +U_B und Bezugspotential COMMON eingeschaltet. Die Ausgänge aller Vergleicher V1 bis V8 sind nach Art einer ODER-Verknüpfung parallelgeschaltet und mit dem Aktivierungseingang 43 des spannungsgesteuerten Oszillators 16 verbunden.

Im feststehenden Teil des Meßwertübertragers 200 (links von der strichpunktierten Vertikallinie) ist an den Ausgang 44 der Eingang eines Impulsdetektors 45 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Optokoppler 46 liegt. Am Ausgang 44 erscheint Normalbetrieb eine Impulsfolge, deren Frequenz der jeweils vom betreffenden Fühler F1 bis F8 gemessenen Temperatur oder sonstigen Meßgröße proportional ist.

Überschreitet an einem der Fühler F1 bis F8 die Spannung den durch die Spannung am Abgriff 40 definierten Grenzwert, so liefert der betreffende Vergleicher V1 bis V8 ein Signal an den Aktivierungseingang 43 des spannungsgesteuerten Oszillators 16, welches diesen sperrt. Damit wird die Übertragung von Meßwertimpulsen vom rotierenden auf den stationären Teil des Meßwertübertragers dauerhaft unterbrochen. Die hinsichtlich ihrer Frequenz meßwertproportionale Impulsfolge am Ausgang 44 verschwindet. Damit meldet der Impulsdetektor 45 das Ausbleiben der Meßimpulse und schaltet über den Optokoppler 46 und ein an dessen Ausgang 47 angeschlossenes Schütz die Stromversorgung für die Heizstromquelle, z. B den Induktionsheizer einer Galette, aus. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird für alle Fühler F1 bis F8 der gleiche Grenzwert benutzt, weil alle Zonen der Galette die gleiche Gefahrentemperatur haben. Stattdessen können im Bedarfsfall den einzelnen Vergleichern V1 bis V8 an den positiven Eingängen unterschiedliche Grenzwertspannungen zugeführt werden. Da alle Vergleicher nach Art einer ODER-Schaltung miteinander verknüpft sind, spricht die Überwachungseinrichtung unabhängig davon an, ob von einem oder von mehreren der Fühler eine Übertemperatur gemessen wird. Dazu bedarf es nicht einmal eines zusätzlichen Fühlers.

Die auf das Ausbleiben der Meßwertimpulse ansprechende Überwachung geschieht in einer gesonderten Schaltung, so daß die Abschaltung unabhängig von der Ursache für die Übertemperatur erfolgt. Fällt die Stromversorgung für diese Überwachungsschaltung 45, 46 aus, so wird die Leuchtdiode des Optokopplers 46 stromlos, wodurch ein Gefahrenzustand simuliert und der Heizer oder eine sonstige Energiequelle abgeschaltet wird. Dabei kann für die Überwachungsschaltung die gleiche Stromversorgung dienen wie für die Auswerteschaltung 200. Es ist zweckmäßig, der Überwachungsschaltung und der Auswerteschaltung einen Datenrecorder zuzuordnen, damit nach dem die Übertemperaturursache nicht erkennen lassenden Abschalten die Suche nach der Ursache erleichtert wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung mehrerer Meßwerte von einem rotierenden Teil auf ein feststehendes Teil einer Maschine, wobei

• a) auf dem rotierenden Teil mehrere Meßfühler (F1-F8) sowie ein an die rotierende Wicklung eines Transformators (10) angeschlossener Meßumformer (100) vorgesehen sind, der die Meßwerte der verschiedenen Meßfühler abtastet und in dem jeweiligen Meßwert entsprechende Impulsfrequenzen umwandelt, welche auf die feststehende Wicklung des Transformators übertragen werden;
• b) an die feststehende Transformatorwicklung einerseits ein den rotierenden Meßumformer (100) mit Energie versorgender Hochfrequenzgenerator und andererseits eine Auswerteschaltung (200) geschlossen ist, welche die von den verschiedenen Meßfühlern stammenden Impulsfrequenzen in Istwert-Steuergrößen für wenigstens einen Regler umwandelt, der eine die Regelgröße beeinflussende Energiequelle steuert;

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) auf dem drehbaren Maschinenteil jedem Fühler (F1-F8) ein Vergleicher (V1-V8) zugeordnet ist, welcher den jeweiligen Meßwert mit einem Grenzwert vergleicht, und eine ODER-Schaltung die Übertragung der Impulsfrequenzen an die feststehende Wicklung sperrt, sobald wenigstens einer der Vergleicher ein Überschreiten des Grenzwerts anzeigt; und
• b) auf dem feststehenden Maschinenteil eine zusätzliche Überwachungsschaltung (45, 46) vorgesehen ist, welche beim Ausbleiben der Impulsfrequenzen die Energiequelle abschaltet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Vergleicher (V1-V8) auf den gleichen Grenzwert eingestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ODER-Schaltung (V1-V8) einen im Meßumformer (100) vorgesehenen spannungsgesteuerten Oszillator (16) beim Überschreiten des Grenzwerts deaktiviert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zusätzlichen Überwachungsschaltung (45, 46) ein Impulsdetektor (45) auf das Auftreten der Impulsfrequenzen anspricht und über einen Optokoppler (46) beim Ausbleiben der Impulsfrequenzen die Energiequelle abschaltet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Maschinenteil der einen stationären Mehrzonen-Induktionsheizer umgebende Mantel einer Heizgalette ist und die Meßfühler (F1-F8) temperaturabhängige Widerstände sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der temperaturabhängigen Widerstände (F1-F8) jeweils an den einen Eingang (-) des zugeordneten Vergleichers (V1-V8) angeschlossen sind, eine Grenzwertspannung dem anderen Eingang (+) des Vergleichers zugeführt wird und die Ausgänge aller Vergleicher miteinander verbunden sind.