DE1161979C2 - Steueranordnung mit elektronischen schaltelementen - Google Patents

Description

e) der Ausgang und der erste Eingang jedes aufgebaut, umgebaut, gewartet, geprüft und im Hin-UND-Gatters sind von außen für Prüfzwecke blick auf Funktionsstörungen instand gesetzt werden zugänglich. kann, ohne daß dieser etwas von Elektronik, Schal-

55 tungsalgebra und logischen Verknüpfungsschaltungen

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch zu verstehen braucht. Dazu sollen gleichzeitig die gekennzeichnet, daß die UND-Gatter (E) als erforderlichen Schaltelemente auf wenige, einfach zu Transistoren ausgebildet sind, deren Emitter die verstehende Funktionen beschränkt und durch NEIN-freien ersten und deren Basen die mit einem Aus- oder WEDER-NOCH-Elemente mögliche Fehlschalgang einer Kippschaltung (B) zu verbindenden 6o tungen von vornherein ausgeschlossen werden,
zweiten Eingänge und deren Kollektoren die Aus- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gänge des Gatters, bilden. gemeinsame Anwendung folgender Merkmale gelöst:

3. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die die Gatter einer Reihe a) Der elektromagnetische Betätigungsmechanismus untereinander verbindenden Leitungen in einem 65 jedes Relais ist durch eine monostabile Kippgeradlinigen Aufnahmekanal zusammengefaßt schaltung mit zwei komplementären Ausgängen sind, der seinerseits einen Sockel zur Aufnahme ersetzt, von denen der eine ein Arbeitssignal und dieser Gatter und der Kippschaltung bildet. der andere ein Ruhesignal abgibt;

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b) jeder Relais-Steuerkontakt ist durch ein UND- Dort sind aber nicht UND-Gatter einer sie steuern-Gatter mit zwei Eingängen und gegebenenfalls ' den Kippschaltung so vorgeschaltet, daß deren erster mit entsprechender Zeitfunktion ersetzt; Eingang unabhängig vom Zustand der die UND-

c) die schaltungsmäßige Zuordnung der Steuer- Gatter selbst steuernden Kippschaltung ist, bei denen Ein- und -Ausgänge der Kippschaltungen und 5 also der erste Eingang ein freier Eingang ist.
UND-Gatter entspricht den jeweils ersetzten Beim Gegenstand der Erfindung ist es zweckmäßig, Elementen der Relaisschaltung, wobei lediglich wenn die UND-Gatter als Transistoren ausgebildet abweichend statt der mechanischen Steuerung sind, deren Emitter die freien ersten und deren Basen

■ der Leistungskontakte eine Klemme des ein . die mit einem Ausgang einer Kippschaltung zu ver-

Arbeitssignal abgebenden Ausgangs der Kipp- io bindenden zweiten Eingänge und deren Kollektoren

schaltung einem elektrisch betätigten Schalter die Ausgänge des Gatters bilden (bekannt durch

zugeordnet und statt der mechanischen Verbin- »Frequenz«, 1960, Nr. 1, S. 7).

dung zu den Steuerkontakten an den zweiten Zur Funktionsprüfung jedes einzelnen UND-Gat-

Eingang jeder UND-Schaltung eine Leitung an- ters ist es ferner vorteilhaft, daß der Ausgang und

geschlossen ist, welche entsprechend der Funk- χ 5 der erste Eingang der UND-Gatter eine Prüf klemme

/tion des ersetzten Kontaktes mit einer Klemme aufweisen.

des ein Arbeitssignal abgebenden Ausgangs oder Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines ein-

des ein Ruhesignal abgebenden Ausgangs der fachen Ausführungsbeispieles in Form einer Steue-

zugehörigen Kippschaltung verbunden ist; rung für das Anlassen eines Motors näher erläutert,

d) die räumliche Zuordnung der einzelnen EIe- 20 das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichmente entspricht im wesentlichen einem Strom- nung zeigt

laufplan der ersetzten Elemente, bei dem die F i g. 1 die grundsätzliche Schaltungsanordnung,

den elektromagnetischen Betätigungsmechanis- F i g. 2 einen üblichen Stromlaufplan mit mecha-

mus steuernden Kontakte in einer Linie mit nisch bewegten Relais-Kontakten zur Steuerung der

diesem angeordnet sind; 25 Schaltung nach Fig. 1,

e) der Ausgang und der erste Eingang jedes UND- Fig. 3 eine Steueranordnung für die Schaltung Gatters sind von außen für Meßzwecke zugang- gemäß F i g. 1 nach der Erfindung.

lieh. Die in F i g. 1 dargestellte elektrische Anordnung

umfaßt einen Asynchronmotor M, der aus einem

Diese Maßnahmen führen zu einer Steueranord- 30 Dreiphasennetz mit den Phasen L₁, L₂, L₃ gespeist

nung, deren räumlicher Aufbau dem konventionellen wird. Um einen sauberen Anlauf dieses Motors ohne

Stromlaufplan einer Relaisschaltung entspricht, bei übermäßige Spannungen zu bewirken, wird der Motor

dem die einen elektromagnetischen Betätigungs- mit verminderter Spannung zum Anlaufen gebracht,

mechanismus steuernden Kontakte in einer Linie vor wozu ein Spartransformator benutzt wird, der aus drei

diesem angeordnet sind. Dadurch kann die Wirkungs- 35 Wicklungen T₁-T₁', T₂-T₂', T₃-T₃' besteht, die im

weise der Steueranordnung und die Funktion jedes Stern zusammengeschaltet werden können. Die erfor-

ihrer Elemente unmittelbar am Aufbau der Schaltung derlichen elektrischen Verbindungen werden mit Hilfe

abgelesen werden, ohne daß dazu Kenntnisse erfor- von drei Mehrfachschaltern C₁, c₂, c_s hergestellt,

derlich sind, die über das Fachwissen eines einfachen Um den Motor M zum Anlaufen zu bringen, wird

Elektrikers hinausgehen, so daß die Steueranordnung 40 zunächst der Schalter C₁ geschlossen, um den Spar-

von jedem Elektriker aufgebaut, umgebaut, gewartet, transformator aus dem Netz L₁, L₂, L₃ zu speisen,

geprüft und instand gesetzt werden kann. Außerdem Praktisch zur gleichen Zeit wird auch der Schalter C₂

ist die Übersichtlichkeit und das Verständnis der geschlossen, der damit die Wicklungen des Spartrans-

Steueranordnung noch dadurch erleichtert, daß jede formators im Stern schaltet.

der Linien ausschließlich aus UND-Gattern und am 45 Der Motor läuft somit unter verminderter Span-Ende einer Kippschaltung besteht, so daß nur die nung an. Nach einigen Sekunden, wenn er seine volle Arbeitsweise zweier Typen von Schaltelementen zum Drehzahl erreicht hat, werden die Schalter C₁ und.c₂ Verständnis der Steueranordnung gewußt werden wieder geöffnet und der Schalter c₃ geschlossen, so muß. Da nur diese beiden Typen zum Aufbau der daß der Motor M nunmehr unmittelbar an der vollen Steueranordnung gebraucht werden, kann man auch 50 Netzspannung liegt. Der Spartransformator muß mit wenigen Typen von Ersatzelementen zum Zwecke während des Normalbetriebes vollständig abgeschaltet der Reparatur und mit einem entsprechend geringen sein, weil er nicht so konstruiert ist, daß er längere Lagerbedarf auskommen. Zeit unter Spannung bleiben darf. Die Folge der

Durch die Zeitschrift »Elektronik«, 1960, S. 71 Betätigung der Schalter C₁, C₂, C₃ wird nach F i g. 2 und 72, sind zwar Transistor-Relaisschaltungen be- 55 durch eine Relaissteuerung bewerkstelligt, die drei kannt, die aus der Kombination einer monostabilen elektromagnetische Schaltschütze C₁, C₂ und C₃ aufKippschaltung und eines oder mehrerer Schalttransi- weist, welche die in Fig. 1 eingezeichneten Mehrstoren bestehen. Dabei dient die Kippschaltung ge- fachschalter C₁, c₂, C₈ betätigen. Außerdem enthält wissermaßen als Ersatz für die Wicklung, den Kern diese Relaisschaltungsanordnung nach F i g. 2 noch und den Anker eines normalen elektromagnetischen 60 ein Zwischenrelais R₁.

Relais, während die Schalttransistoren die Relais- Die verschiedenen Schaltschütze und Relais liegen kontakte darstellen, die entweder ein Ruhekontakt parallel zueinander an der Klemme 11 eines Steueroder ein Arbeitskontakt sind. Hier sind jedoch die Stromkreises 10, 11, in dem auch ein Hauptschalter Schalttransistoren mit der sie steuernden Kippschal- A_r liegt. Die Speisung des Schaltschützes C₁ wird eintung zu einer Schaltung vereinigt, bei der jeweils ein 65 geleitet durch Niederdrücken des Startknopfes M_a, Eingang der Schalttransistoren vom Zustand der der danach vom Selbsthaltekontakt C₁₁ überbrückt Kippschaltung abhängig ist und der jeweilige Emitter wird. Da die Schaltschütze C₁, C₂ und das Relais R_t an der Versorgungsspannung der Kippschaltung liegt. abfallen müssen, sobald das Schaltschütz C„ sich ein-

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schaltet, geht deren Speisespannung über den Ruhe- kippschaltung BR ist abhängig von den beiden UND-kontakt C₃₁. Die Einschaltung des Schaltschützes C₂ Gattern E₂₁ und E_{r 1} und die Kippschaltung B₃ von erfolgt abhängig vom Arbeitskontakt C₁₂ und vom den drei UND-Gattern E₂₂, E_r2 und E₃₂.
Ruhekontakt C_{1 1}, der als Zeitschaltkontakt ausgebil- Wie aus der Zeichnung F i g. 3 ohne weiteres erdet ist und sich nach einer bestimmten Zeit öffnet. 5 sichtlich ist, ist jeweils der zweite Eingang sämtlicher Die beiden Kontakte C₁₂ und C_{1 (} werden vom Schalt- verwendeter UND-Gatter mit einer Ausgangsklemme Γ schütz C₁ gesteuert. Das Relais i?_; wird über den Ar- oder R der Kippschaltungen B₁, B₂, B₃ oder Bi? verbeitskontakt C₂₁ des Schaltschützes C₂ unter Span- bunden. Der jeweils erste Eingang der UND-Gatter nung gesetzt und hält sich danach selbst durch seinen ist als freier Eingang mit dem Ausgang eines anderen Haltekontakt c_{r r} Das Schaltschütz C₃ wird über den io UND-Gatters verbunden, mit Ausnahme jedoch der Hauptschalter v4_r, den Arbeitskontakt c_r„ der durch UND-Gatter E₁₁ und JE₂₂, bei denen der jeweils erste den Selbsthaltekontakt C₃₂ des Schaltschützes C₃ über- Eingang unmittelbar an der Steuerspannung liegt, brückbar ist, und den Ruhekontakt C₂₂ des Schalt- Dies bedeutet, daß sich jedes dieser UND-Gatter so Schutzes C₂ nach dessen Abfall gespeist. verhält wie ein elektromechanischer Kontakt, der

Das Schütz C₃ hält sich dann selbst über den Kon- 15 durch den elektromagnetischen Antrieb eines Schüttakt C₃₂ und unterbricht durch seinen Kontakt C₃₁ die zes betätigt wird. Je nachdem, ob der erste Eingang Spannungszuführung zu den Schützen C₁, C₉ und des UND-Gatters mit einer Ausgangsklemme T dem Relais R₁. oder R der Kippschaltungen verbunden ist, verhält

Betätigt man den Hauptschalter A_n dann wird die sich dieses in bekannter Weise wie ein Arbeitskontakt

Speisung des Schützes C₃ unterbrochen, der Motor 20 oder wie ein Ruhekontakt.

wird abgeschaltet und die Relaissteuerschaltung kehrt Jede der Kippschaltungen ist somit in der Lage,

in ihre Ausgangslage zurück. eine Vielzahl von Arbeitskontakten oder Ruhekon-

Ersetzt man ein solches Schaltbild durch eine elek- takten zu steuern, von deren Stellung umgekehrt der tronische Steuerung der drei Schalter C₁, C₂, C₃, die Zustand dieser Kippschaltung oder anderer Kippgemäß der genannten Stelle der Siemens-Zeitschrift 25 schaltungen beeinflußt wird.

aus logischen Funktionselementen verschiedener Art Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufgebaut ist, so treten vermaschte Netzwerke auf, ist jedes UND-Gatter mit zwei leicht zugänglichen die das Auffinden eines Schaltungsfehlers oder eines Prüfklemmen versehen. Die Prüfklemme 30 ist mit defekt gewordenen Elementes erschweren. Außerdem dem Ausgang des UND-Gatters verbunden, während besteht dann praktisch keine Analogie zwischen die- 30 die Prüfklemme 31 mit demjenigen ersten Eingang sen beiden Schaltbildern hinsichtlich der Leitungs- des UND-Gatters verbunden ist, der mit dem Ausführungen und der Anordnung der Elemente, obwohl gang eines anderen UND-Gatters oder unmittelbar mit beiden Schaltungsanordnungen der gleiche funk- mit der Steuerspannung in Verbindung steht, d. h., tionelle Zweck erreicht wird. mit demjenigen Eingang, der nicht mit einer der Aus-

Die in F i g. 3 dargestellte Schaltungsanordnung 35 gangsklemmen T oder R der Kippschaltungen vergemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ledig- bunden ist.

lieh zwei verschiedene Arten von elektronischen Man braucht nur die beiden Kontrollklemmen

Elementen, nämlich einerseits UND-Gatter mit zwei kurzzuschließen, um festzustellen, ob das UND-Gat-

Eingängen und einem Ausgang und andererseits ter auf elektronischem Wege seine Funktion richtig

monostabile Kippschaltungen, vorzugsweise unsym- 40 erfüllt. Natürlich kann man auch die Spannung zwi-

metrische Transistorenkippschaltungen, die außer sehen den beiden Kontrollklemmen jedes UND-Gat-

ihren Klemmen für die Zuführung der Speisespan- ters mit einem Meßinstrument messen,

nungen einen gesteuerten Eingang und zwei komple- Man ordnet sämtliche UND-Gatter, die ihrerseits

mentäre Ausgänge aufweisen. den Zustand einer bestimmten Kippschaltung steuern,

Diejenigen Ausgangsklemmen der Kippschaltung, 45 räumlich dieser Kippschaltung zu, unabhängig davon,

die beim Vorhandensein einer Steuerspannung ein von welchen anderen Kippschaltungen diese UND-

Arbeitssignal abgeben, sind mit T, und die dann ein Gatter ihre Eingangsspannung erhalten. Man kann

Ruhesignal abgebende Klemme ist mit R bezeichnet. also einen gegebenen Stromlaufplan unmittelbar kör-

Die Schaltung liegt wie bei F i g. 2 zwischen den perlich abbilden. Bei Verwendung logischer Verbeiden Steuerspannungsklemmen 10 und 11. Die 50 knüpfungsschaltungen mit unterschiedlichen Funk-Schalter C₁, C₂, C₃ liegen parallel zueinander an den tionselementen gibt es dagegen keine Ähnlichkeit Klemmenil und werden über die Verstärker A₁, A₂, mehr zu dem Stromlaufplan der vergleichbaren A₃ gespeist. Die dick ausgezogenen Linien entspre- Relais-Elemente.

chen den gestrichelten Wirkverbindungen nach Vorzugsweise werden die Leitungen in geradlinigen

F i g. 2, die UND-Gatter den dort dargestellten 55 Führungskanälen gruppiert, die ihrerseits Sockel bil-

Steuerkontakten und die Kippschaltungen den Schüt- den, die die in Form von abnehmbaren Blöcken und

zen bzw. Relais. beispielsweise durch Klemmen miteinander verbünde-

Der Verstärker A₁ empfängt den Strom von der nen Schaltelemente aufnehmen. Es ist natürlich vor-

Ausgangsklemme T der Kippschaltung B₁, die von teilhaft, daß diese Blöcke gleiche Abmessungen besit-

den beiden UND-Gattern E₁₁ und E_n beeinflußt wird. 60 zen und aneinandergereiht werden können, so daß

Die Kippschaltung B₂ wird von den beiden UND- die Verbindungsleitungen eine Länge haben, die der

Gattern JS₁₂ und E₁₁ gesteuert, von denen das UND- Länge eines Blockes oder einem Vielfachen davon

Gatter E₁₁ nach dem Anlegen beider Eingangsspan- entsprechen.

nungen erst nach einer Verzögerungszeit eine Aus- Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der im

gangsspannung liefert. Eine Hilfskippschaltung BR 65 Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gesehen. Schutz

stellt sicher, daß die Ausgangsklemme T der Kipp- für die Einzelmerkmale bzw. Unterkombinationen

schaltung B₂ unter Spannung steht, wenn die dritte des Anspruches 1 und ein selbständiger Schutz für

Kippschaltung B₃ angesteuert werden soll. Die Hilf s- die Merkmale der Unteransprüche wird nicht begehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 4. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch Patentansprüche: ' gekennzeichnet, daß die Gatter und die Kipp schaltung als einzelne abnehmbare Blöcke aus-

1. Steueranordnung mit elektronischen Schalt- gebildet sind,
elementen, die wirkungsmäßig einer Anordnung 5

mit mehreren, parallel an eine Steuerspannung

anschaltbaren Relais entspricht, die außer Leistungskontakten noch Ruhe- und Arbeitskontakte, Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung mit auch zeitabhängiger Funktion, als Steuerkontakte elektronischen Schaltelementen, die wirkungsmäßig aufweist, um durch gegenseitige Beeinflussung io eine Anordnung mit mehreren, parallel an eine eine bestimmte, dem jeweiligen Zweck entspre- Steuerspannung anschaltbaren Relais entspricht, die chende Schaltfolge festzulegen, gekennzeich- außer Leistungskontakten noch Ruhe- und Arbeitsnet durch die' gemeinsame Anwendung fol- kontakte, auch zeitabhängiger Funktion, als Steuergender Merkmale: , kontakte aufweist, um durch gegenseitige Beeinflus-.._.,, . , . 15 sung eine bestimmte, dem jeweiligen Zweck ent-

a) Der elektromagnetische Betätigungsmecha- _sprechende Schaltfolge festzulegen.

hismus jedes Relais ist durch eine mono- _{Eine solche} steueranordnung ist durch die »Siestabile Kippschaltung (B) mit zwei komple- mens-Zeitschrift«, 1959, S. 598 bis 606, bekannt. Zu mentaren Ausgängen (T R) ersetzt, von _{ihrem Aufbau sind die logischen} Funktionen UND, denen der eine (T) ein Arbeitssignal und der _{ao O}DER, UMKEHR, DEDÄCHTNIS und ZEIT notandere (R) eiri Ruhesignal abgibt; wendig, und sie sind nur darstellbar in Form von

b) jeder Relais-Steuerkontakt ist durch ein vermaschten Netzwerken, die keine Ähnlichkeit mehr UND-Gatter (E) mit zwei Eingängen und ^{mit den} üblichen elektromagnetischen Schaltungen gegebenenfalls mit entsprechender Zeitfunk- ^{für den} gleichen Zweck haben.

tion ersetzt· ²5 Demzufolge ist es schwierig, ein Element zwecks

Funktionskontrolle zu isolieren. Außerdem bedarf es

c) die schaltungsmäßige Zuordnung der Steuer- _zum Verständnis solcher Schaltungsanordnungen, die Ein- und -Ausgänge der Kippschaltungen logische Verknüpfungen aufweisen, besonderer und der UND-Gatter entspricht den jeweils Kenntnisse, die zum Aufbau, zur Wartung und zur ersetzten Elementen der Relaisschaltung, ₃₀ Instandsetzung entsprechend besonders geschultes wobei lediglich abweichend statt der mecha- Personal erfordern, da der normale Betriebselektriker nischen Steuerung der Leistungskontakte nicht in der Lage ist, die genannten Arbeiten durcheine Klemme des ein Arbeitssignal abgeben- zuführen. Infolgedessen bedeutet das Auffinden einer den Ausgangs (T) der Kippschaltung einem Störung oft lange und kostspielige Stillstandszeiten elektrisch betätigbaren Schalter (c) zugeord- ₃₅ für die gesteuerten Anlagen. Auch ist es erforderlich, net und statt der mechanischen Verbindung _zur Beseitigung eventueller Störungen genügende zu den Steuerkontakten an den zweiten Ein- Stückzahlen sämtlicher der genannten Schaltungsgang jeder UND-Schaltung eine Leitung an- elemente vorrätig zu haben.

geschlossen ist, welche entsprechend der . Darüber hinaus birgt die Verwendung von NEIN-

Funktion des ersetzten Kontaktes mit einer ₄₀ und gegebenenfalls auch WEDER-NOCH-Schaltun-

Klemme des ein Arbeitssignal abgebenden _gen die Gefahr, daß durch Unterbrechung eines

Ausgangs (T) oder des ein Ruhesignal ab- Steuerstromkreises das Fehlen der Eingangssteuer-

gebenden Ausgangs (R) der zugehörigen spannung wie ein Befehl verarbeitet wird, der sich

Kippschaltung verbunden ist; _m der gesamten Anordnung auswirkt, wenn nicht der

d) die räumliche Zuordnung der einzelnen EIe- ^4S PIf ^er™g ™n vornherein besonders fachkundige mente entspricht im wesentlichen einem Aufmerksamkeit gewidmet ist, um jede Fehlschaltung Stromlaufplan der ersetzten Elemente, bei grundsätzlich auszuschließen, deren Möglichkeit sich dem die den elektromagnetischen Betäti- jedoch vielfach erst m der Praxis herausstellen wird, gungsmechanismus steuernden Kontakte in Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranord-

einer Linie mit diesem angeordnet sind; ⁵° ™*⁸ ^l^* ^beschr;^ebe£^en .A^rt f, federn,

daß sie auch vom normalen Betriebselektriker leicht