DE19517492B4

DE19517492B4 - Analoge Stromschnittstelle

Info

Publication number: DE19517492B4
Application number: DE19517492A
Authority: DE
Inventors: Dieter Keller; Karlheinz Panzer
Original assignee: Bosch Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1995-05-12
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2015-05-13
Also published as: DE19517492A1

Abstract

Analoge Stromschnittstelle, die einen Eingangsstrom in Form eines „live zero"-Signals in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt,
– mit einer Verstärkeranordnung, die den Eingangsstrom bzw. eine an einem von dem Eingangsstrom durchflossenen Widerstand abfallende Spannung mit einem den Nullpunkt des Ausgangssignals der Stromschnittstelle verschiebenden Offsetsignal derart verknüpft, daß das Ausgangssignal der Stromschnittstelle symmetrisch zu seinem Nullpunkt ist, dadurch gekennzeichnet,
– daß ein erster analoger Rechenverstärker (4) die an dem von dem Eingangsstrom(Ie+, Ie–) durchflossenen Widerstand (1) abfallende Spannung in eine dem Eingangsstrom (Ie+, Ie–) proportionale Ausgangsspannung (U₄) umformt,
– daß ein zweiter analoger Rechenverstärker (10; 10') der Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) eine als Offsetsignal dienende Offsetspannung (+U_ref –U_ref) überlagert und
– daß das Vorzeichen der dem zweiten Rechenverstärker (10; 10') zugeführten Offsetspannung (+U_ref, –U_ref) an die Flußrichtung des Eingangsstroms (Ie+, Ie–) angepaßt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine analoge Stromschnittstelle, die einen Eingangsstrom in Form eines "live zero"-Sginals in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Automatisierungstechnik ist es üblich, die Ausgangssignale von Meßumformern in Form eines elektrischen Stromsignals zu übertragen. Bei Vier-Draht-Meßumformern dienen zwei Leitungen zur Übertragung der Versorgungsenergie für den Meßumformer und zwei Leitungen zur Übertragung des Meßsignals. Dabei entspricht ein Ausgangsstrom von 0 bis 20 mA einer Meßgröße von 0 bis 100 %. Bei Zwei-Draht-Meßumformern werden die Versorgungsenergie und das Meßsignal über dieselben beiden Leitungen übertragen. Dabei entspricht ein Ausgangsstrom von 4 bis 20 mA einer Meßgröße von 0 bis 100 %. Für die Übertragung der Versorgungsenergie zum Meßumformer steht der Grundstrom in Höhe von 4 mA zur Verfügung.
Tritt zwischen dem Meßumformer und einer elektrischen Schaltung zur Auswertung und/oder Verknüpfung mit anderen Signalen eine Unterbrechung einer Leitung oder ein Kurzschluß zwischen den Leitungen auf, ist der Strom, der der Auswertungsschaltung zugeführt ist, Null. Ein Stromwert, der außerhalb des Bereiches von 4 mA bis 20 mA liegt, weist auf eine Störung hin. Da einem Meßwert von 0 % ein von Null verschiedener Wert des Ausgangssignals, z.B. 4 mA, zugeordnet ist, spricht man von einem "livezero"-Signal.
Einstellbare Stromquellen, deren Ausgangsstrom z.B. zwischen 4 mA und 20 mA liegt, werden u.a. als Sollwertgeber für Regeleinrichtungen verwendet.
Für die Auswertung und Verknüpfung von elektrischen Signalen ist es vorteilhaft, wenn sie in Form von Spannungen vorliegen. Diese Spannungen können von analogen Rechenverstärkern auf einfache Weise weiterverarbeitet werden.
Stromsignale in der Form von "live-zero"-Signalen weisen nur eine Polarität auf. Wird ein Signal benötigt, das zum Nullpunkt symmetrisch ist, z.B. +10 V bis –10 V für den Bereich von 4 mA bis 20 mA des Eingangsstroms, wobei eine Ausgangsspannung von 0 V einem Eingangsstrom von 12 mA entspricht, wird dem Eingangssignal ein Korrektursignal überlagert, das den Nullpunkt des Ausgangssignals entsprechend verschiebt. Diese Verschiebung gilt aber nur für eine Wirkungsrichtung, d.h. für eine fallende Kennlinie oder für eine steigende Kennlinie bei steigendem Eingangsstrom. Der Eingangsstrom darf deshalb nur in einer Richtung über die Stromschnittstelle fließen. Ein Vertauschen der Eingangsklemmen ist nicht zulässig.

Dies gilt auch für die aus der EP 0 061 484 B1 bekannte Stromschnittstelle, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Der Ausgangsstrom eines Zweidraht-Meßumformers, wie er z. B. in der US-PS 3 646 538 dargestellt und beschrieben ist, fließt über einen ersten Widerstand. Bei dem Strom handelt es sich um ein „live zero"-Signal, d. h. der Strom setzt sich aus einem konstanten Anteil und einem von einem Meßwert abhängigen Anteil zusammen. Die an dem ersten Widerstand abfallende Spannung dient als Sollwert für eine Verstärkeranordnung, die die an dem ersten Widerstand abfallende Spannung in einen elektrischen Ausgangsstrom umformt. Der Ausgangsstrom fließt über einen an die Verstärkeranordnung angeschlossenen Lastwiderstand und einen weiteren Widerstand. Die an dem weiteren Widerstand abfallende Spannung ist der Verstärkeranordnung als Istwert zugeführt. Die Verstärkeranordnung regelt den über den Lastwiderstand fließenden Strom so, daß die den beiden Eingängen der Verstärkeranordnung zugeführten Spannungen gleich groß sind. Über den weiteren Widerstand fließt zusätzlich zu dem über den Lastwiderstand fließenden Strom, der von dem über den ersten Widerstand fließenden Strom abhängig ist, ein konstanter Strom. Die an dem weiteren Widerstand abfallende Spannung setzt sich daher aus einem konstanten und einem veränderlichen Anteil zusammen. Der konstante Anteil sorgt für eine Nullpunktverschiebung des über den Lastwiderstand fließenden Stroms. Die Größe des konstanten Stroms läßt sich dabei so einstellen, daß der über den Lastwiderstand fließende Strom symmetrisch zu seinem Nullpunkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine analoge Stromschnittstelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die wahlweise eine fallende oder eine steigende Kennlinie aufweist, ohne daß hier für Änderungen an der Schaltung vorzunehmen sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Der Eingangsstrom darf in beiden Richtungen über die Stromschnittstelle fließen. Bei einer Umpolung der Eingangsklemmen wird bei gleichen Eingangssignalen die Wirkungsrichtung umgekehrt, ohne daß Einstellungen der Stromschnittstelle geändert zu werden brauchen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Unterschreitet der Betrag des Ausgangssignals des ersten Rechenverstärkers einen vorgebbaren Schwellenwert, der kleiner als der dem Arbeitsbereich des Eingangsstroms entsprechende Minimalwert ist, erfolgt eine Störungsmelung. Bei der Störung kann es sich um eine Unterbrechung oder einen Kurzschluß der Leitungen zwischen dem Strom geber und der Stromschnittstelle handeln. In diesem Fall fließt der Strom Null über den Eingang der Stromschnittstelle.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen analogen Stromschnittstelle und
2 das Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen analogen Stromschnittstelle.
Gleiche Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen analogen Stromschnittstelle. Nachfolgend wird davon ausgegangen, daß der Stromschnittstelle ein Eingangsstrom zugeführt ist, dessen Arbeitsbereich zwischen 4 mA und 20 mA liegt, und daß die Stromschnittstelle ein Ausgangssignal in Form einer Spannung mit einem Arbeitsbereich von –10 V bis +10 V für eine steigende Kennlinie sowie mit einem Arbeitsbereich von +10 v bis –10 V für eine fallende Kennlinie abgibt. Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Werte beschränkt, sie dienen nur zu Erläuterung der Erfindung.
Über einen Widerstand 1, der über nicht dargestellte Leitungen mit einem ebenfalls nicht dargestellten Stromgeber verbunden ist, fließt von einer Eingangsklemme 2 ein Eingangsstrom Ie+ zu einer weiteren Eingangsklemme 3. Die Richtung des Eingangsstromes Ie+ ist durch einen schwarz ausgefüllten Pfeil dargestellt. Der Eingangsstrom Ie+ hat einen Arbeitsbereich von 4 mA bis 20 mA. Die an dem Widerstand 1 abfallende Spannung ist einem potentialfreien Differenzeingang eines ersten Rechenverstärkers 4 zugeführt. Der Rechenverstärker 4 enthält einen Operationsverstärker 5 sowie vier Widerstände 6, 7, 8 und 9. Die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 4 ist mit U4 bezeichnet, sie ist gegenüber der an dem Widerstand 1 abfallenden Spannung invertiert. Der Verstärkungsfaktor ergibt sich in bekannter Weise aus der Dimensionierung der Widerstände 6 bis 9. Bei einem Eingangs strom Ie+, der von der Eingangsklemme 2 zur Eingangsklemme 3 fließt, ist die Spannung U₄ negativ. Dem Arbeitsbereich des Eingangsstroms Ie+ von 4 mA bis 20 mA entspricht ein Bereich der Spannung U₄ von –0,2 V bis –1,0 V. Die Spannung U₄ ist einem zweiten Rechenverstärker 10 zugeführt. Der Rechenverstärker 10 ist als invertierender Summierverstärker ausgebildet. Er enthält einen Operationsverstärker 11, drei Eingangswiderstände 12, 13, 14 und einen Rückführwiderstand 15. Die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 10 ist mit U₁₀ bezeichnet, sie ist gegenüber den den Widerständen 12 bis 14 zugeführten Spannungen invertiert. Der Verstärkungsfaktor des Rechenverstärkers ist durch die Widerstände 12 und 15 bestimmt.
Die Spannung U₄ ist über eine Leitung 16 dem Eingang einer Komparatorschaltung 17 mit zwei Operationsverstärkern 18 und 19 zugeführt. Der Operationsverstärker 18 vergleicht die Spannung U₄ mit einer positiven Schwellenwertspannung +U_S. Der Operationsverstärker 19 vergleicht die Spannung U₄ mit einer negativen Schwellenwertspannung –U_S. Die Schwellenwertspannungen +U_S und –U_S werden an zwei Spannungsteilern abgegriffen. Der eine Spannungsteiler besteht aus zwei Widerständen 20 und 21 und liegt an einer Spannung +U_ref. Der andere Spannungsteiler besteht aus zwei Widerständen 22 und 23 und liegt an einer Spannung –Uref. Die Schwellenwertspannungen +U_S und –U_S sind betragsmäßig gleich. Sie sind so gewählt, daß sie einem Wert der Spannung U₄ entsprechen, der sich einstellt, wenn der Eingangsstrom Ie+ kleiner als der Minimalwert des Arbeitsbereiches ist. In diesem Beispiel wurde davon ausgegangen, daß der Arbeitsbereich des Eingangsstroms Ie+ zwischen 4 mA und 20 mA liegt. Die Schwellenwertspannungen +U_S und –U_S sind so gewählt, daß sie dem halben Minimalwert des Arbeitsbereiches entsprechen, also 2 mA in dem hier betrachteten Beispiel. Die Schwellenwertspannungen ergeben sich damit zu +U_S = 0,1 V und –U_S = –0,1 V. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 18 ist einem weiteren Spannungsteiler aus zwei Widerständen 24 und 25 zugeführt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 24 und 25 ist über eine Leitung 26 mit dem Gate-Anschluß eines ersten MOS-FET-Schalters 27 verbunden. Die Aus gangsspannung des Operationsverstärkers 19 ist einem weiteren Spannungsteiler aus zwei Widerständen 28 und 29 zugeführt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 28 und 29 ist über eine Leitung 30 mit dem Gate-Anschluß eines zweiten MOS-FET-Schalters 31 verbunden. Der MOS-FET-Schalter 27 verbindet den Widerstand 14 im geschlossenen Zustand mit einer konstanten negativen Spannung –U_ref. Der MOS-FET-Schalter 31 verbindet den Widerstand 13 im geschlossenen Zustand mit einer konstanten positiven Spannung +Uref.
Fließt der Strom +Ie von der Eingangsklemme 2 zur Eingangsklemme 3, ist die Spannung U₄ wegen der invertierenden Arbeitsweise des Rechenverstärkers negativ. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 18 ist die negative Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte Spannung +U_S größer als die seinem nichtinvertierenden Eingang zugeführte negative Spannung U₄ ist. Dem Gate-Anschluß des MOS-FET-Schalters 27 ist über die Leitung 26 eine negative Spannung zugeführt, der MOS-FET-Schalter 27 ist geöffnet. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 19 ist die positive Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte negative Spannung U₄ kleiner als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung –U_S ist. Die Spannungen +U_S und –U_S wurden – wie oben ausgeführt – so gewählt, daß sie betragsmäßig kleiner als die Spannung U₄ sind. Dem Gate-Anschluß des MOS-FET-Schalters 31 ist über die Leitung 30 eine positive Spannung zugeführt, die ihn in den leitenden Zustand schaltet. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 des invertierenden Rechenverstärkers 10 ist über den Widerstand 12 die negative Spannung U₄ und über den Widerstand 13 die positive Spannung +U_ref zugeführt. Die Spannung +U_ref und der Widerstand 13 sind so gewählt, daß in dem betrachteten Beispiel bei einem Eingangsstrom von 12 mA (entsprechend 50 % des Eingangssignals) die Ausgangsspannung U₁₀ des zweiten Rechenverstärkers 10 Null Volt ist. Bei einem Eingangsstrom von 4 mA ist die Spannung U₁₀ = –10 V und bei einem Eingangsstrom von 20 mA ist die Spannung U₁₀ = +10 V. Bei steigendem Eingangsstrom steigt auch die Ausgangsspannung; die Stromschnittstelle hat bei einem Eingangsstrom Ie+, der von der Eingangsklemme 2 zur Eingangsklemme 3 fließt, eine steigende Kennlinie.
Wird eine fallende Kennlinie der Stromschnittstelle gewünscht, sind die Eingangsklemmen 2 und 3 zu vertauschen. Der Eingangsstrom Ie– fließt in diesem Fall von der Eingangsklemme 3 zur Eingangsklemme 2. Die Richtung des Eingangsstroms Ie– ist durch einen weiß ausgefüllten Pfeil dargestellt. Bei einem Eingangsstrom Ie–, der von der Eingangsklemme 3 zur Eingangsklemme 2 fließt, ist die Spannung U₄ am Ausgang des invertierenden Rechenverstärkers 4 positiv. Dem Arbeitsbereich des Eingangsstromes Ie– von –4 mA bis –20 mA entspricht ein Bereich der Spannung U₄ von +0,2 V bis +1,0 v. Die Komparatorschaltung 17 vergleicht die positive Spannung U₄ mit den Schwellenspannungen +U_S und –U_S. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 19 ist die negative Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte positive Spannung U₄ größer ist als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung –U_S. Dem Gate-Anschluß des MOS-FET-Schalters 30 ist über die Leitung 30 eine negative Spannung zugeführt, der MOS-FET-Schalter 31 ist geöffnet. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 18 ist die positive Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte Spannung +U_S kleiner ist als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte positive Spannung U₄. Dem Gate-Anschluß des MOS-FET-Schalters 27 ist über die Leitung 26 eine positive Spannung zugeführt, die ihn in den leitenden Zustand schaltet. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 des invertierenden Rechenverstärkers 10 ist über den Widerstand 12 die positive Spannung U₄ und über den Widerstand 14 die negative Spannung –U_ref zugeführt. Die Spannung –U_ref und der Widerstand 14 sind so gewählt, daß in dem betrachteten Beispiel bei einem Eingangsstrom von –12 mA (entsprechend 50 % des Eingangssignals) die Ausgangsspannung U₁₀ des zweiten Rechenverstärkers 10 Null Volt ist. Bei einem Eingangsstrom von –4 mA ist die Spannung U₁₀ = +10 V und bei einem Eingangsstrom von –20 mA ist die Spannung U₁₀ = –10 V. Bei betragsmäßig steigendem Ein gangsstrom fällt die Ausgangsspannung, die Stromschnittstelle hat bei einem Eingangsstrom, der von der Eingangsklemme 3 zur Eingangsklemme 2 fließt, eine fallende Kennlinie.
Je nachdem, in welcher Richtung der Eingangsstrom über die Eingangsklemme 2 und 3 fließt, erhält man eine steigende oder fallene Kennlinie der Stromschnittstelle.
Die 2 zeigt das Prinzipschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen analogen Stromschnittstelle. Der erste Rechenverstärker 4 weist den gleichen Aufbau wie in der 1 auf. Der zweite Rechenverstärker 10' weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der zweite Rechenverstärker 10 der 1 auf. Die Widerstände 13 und 14 sind in der 2 durch einen Widerstand 13' ersetzt. Die Ausgangsspannung U₄ des ersten Rechenverstärkers 4 ist einem ersten Eingang des zweiten Rechenverstärkers 10' zugeführt und über die Leitung 16 dem Eingang einer Komparatorschaltung 17'. Die Komparatorschaltung 17' weist einen ersten Operationsverstärker 32 auf, dessen nicht invertierendem Eingang die Schwellenwertspannung +U_S zugeführt ist. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 32 ist die Spannung U₄ zugeführt. Die Komparatorschaltung 17' weist einen zweiten Operationsverstärker 33 auf, dessen nicht invertierendem Eingang die Schwellenwertspannung –U_S zugeführt ist. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 33 ist die Spannung U₄ zugeführt. Die Ausgänge der Operationsverstärker 32 und 33 sind über Dioden 34 bzw. 35 mit einer Leitung 36 verbunden.
Die Leitung 36 verbindet den Ausgang der Komparatorschaltung 17' mit einer Schalteinrichtung 37, die in Abhängigkeit von der Polarität der Ausgangsspannung der Komparatorschaltung 17' eine positive oder negative Spannung +U_ref bzw. –U_ref auf einen weiteren Eingang des zweiten Rechenverstärkers 10' schaltet. Von dem Ausgang der Komparatorschaltung 17' führt eine Leitung 38 zu einer Meldeeinrichtung 39.
Bei einem Eingangsstrom Ie+ der Stromschnittstelle, der von der Eingangsklemme 2 zu der Eingangsklemme 3 fließt, ist die Spannung U₄ negativ. Die Richtung des Eingangsstroms Ie+ ist durch einen schwarz ausgefüllten Pfeil dargestellt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 32 ist die positive Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführt negative Spannung U₄ kleiner als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung +U_S ist. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 ist die positive Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte negative Spannung U₄ kleiner ist als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung –U_S. Von dem Ausgang des Operationsverstärkers 33 fließt über die Diode 35, die Leitung 36, einen Widerstand 40 der Schalteinrichtung 37 und den Widerstand 13' ein Strom zu dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 11 liegt praktisch auf Nullpotential. Die Spannung an dem gemeinsamen Schaltungspunkt der Dioden 34 und 35 ist die um die Flußspannung der Diode 35 verminderte positive Betriebsspannung. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 32 die positive Betriebsspannung ist, sperrt die Diode 34.
Die Schalteinrichtung 37 enthält zusätzlich zu dem Widerstand 40 zwei Operationsverstärker 41 und 42 sowie zwei Dioden 43 und 44. Dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 41 ist die Spannung –U_ref zugeführt und dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkes 42 ist die Spannung +U_ref zugeführt. Die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 41 und 42 sind mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt der Widerstände 40 und 13' verbunden.
Ist die Spannung U₄ negativ, dann ist – wie oben erläutert – die Ausgangsspannung der Komparatorschaltung 17' positiv. Die Spannung an den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker 41 und 42 ist positiv. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 41 ist die negative Betriebsspannung, da die Spannung an seinem invertierenden Eingang größer als die Spannung –U_ref an seinem nicht invertierenden Eingang ist. Die Diode 43 sperrt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42 ist über die Diode 44 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt, d.h. die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42 stellt sich so ein, daß die Spannung an dem invertierenden Eingang gleich der Spannung +U_ref ist. Damit ist dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 des invertierenden Rechenverstärkers 10' über den Widerstand 12 die negative Spannung U₄ und über den Widerstand 13' die positive Spannung +U_ref zugeführt. Wie in der 1 ergibt sich eine steigende Kennlinie zwischen Eingangsstrom und Ausgangsspannung der Stromschnittstelle, wenn der Eingangsstrom Ie+ von der Eingangsklemme 2 zu der Eingangsklemme 3 fließt.
Eine fallende Kennlinie ergibt sich, wenn der Eingangsstrom Ie– von der Eingangsklemme 3 zur Eingangsklemme 2 fließt. Die Richtung des Eingangsstroms Ie– ist durch einen weiß ausgefüllten Pfeil dargestellt. Die Spannung U₄ ist positiv. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 ist die negative Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte positive Spannung U₄ größer als die seinem nicht invertierenden Eingang zugeführte Spannung –U_S ist. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 32 ist die negative Betriebsspannung, da die seinem invertierenden Eingang zugeführte positive Spannung U₄ größer als die seinem nicht invertierendn Eingang zugeführte Spannung +U_S ist. Von dem praktisch auf Nullpotential liegenden invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 fließt ein Strom über den Widerstand 13', den Widerstand 40 und die Diode 34 zur negativen Betriebsspannung. Die Spannung an dem gemeinsamen Schaltungspunkt der Dioden 34 und 35 ist um die Flußspannung der Diode 34 größer als die negative Betriebsspannung. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 die negative Betriebsspannung ist, sperrt die Diode 35. Die Spannung an den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker 41 und 42 ist negativ. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 42 ist die positive Betriebsspannung, da die Spannung an seinem invertierenden Eingang kleiner als die Spannung +U_ref an seinem nicht invertierenden Eingang ist. Die Diode 44 sperrt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 41 ist über die Diode 43 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt, d.h. die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 41 stellt sich so ein, daß die Spannung an dem invertierenden Eingang gleich der Spannung –U_ref ist. Damit ist dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 des Rechenverstärkers 10' über den Widerstand 12 die positive Spannung U₄ und über den Widerstand 13' die negative Spannung –U_ref zugeführt. Wie in der 1 ergibt sich eine fallende Kennlinie zwischen Eingangsstrom und Ausgangsspannung der Stromschnittstelle, wenn der Eingangsstrom Ie– von der Eingangsklemme 3 zu der Eingangsklemme 2 fließt.
Bis jetzt wurde davon ausgegangen, daß der Eingangsstrom als "live zero"-Signal einen Wert zwischen einem Mininmalwert, z.B. 4 mA und einem Minimalwert, z.B. 20 mA, annimmt. Tritt eine Unterbrechung einer Leitung zwischen dem Stromgeber und der Stromschnittstelle auf, fließt kein Strom über die Stromschnittstelle. Das gleiche gilt, wenn ein Kurzschluß zwischen den von dem Stromgeber zur Stromschnittstelle führenden Leitungen auftritt. In diesem Fall ist die Ausgangsspannung U₄ des invertierenden Verstärkers 4 Null Volt. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 32 ist jetzt die positive Betriebsspannung, da die Spannung U₄ am invertierenden Eingang kleiner als die Spannung +U_S am nicht invertierenden Eingang ist. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33 ist die negative Betriebsspannung, da die Spannung U₄ am invertierenden Eingang größer als die Spannung –U_S am nicht invertierenden Eingang ist. Die Dioden 34 und 35 sind in Sperrichtung beaufschlagt. Die Spannung auf der Leitung 36 ist Null Volt. Dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 11 ist über den Widerstand 12 und über den Widerstand 13' die Spannung Null Volt zugeführt. Damit ist die Ausgangsspannung U_10' der Stromschnittstelle ebenfalls Null Volt. Diese Spannung entspricht einem Eingangssignal von 50 %. Ein von der Spannung U_10' angesteuertes Stellglied wird in seine Mittellage gefahren.
Wie oben ausgeführt, ist im normalen Betrieb die Spannung auf der Leitung 36 positiv oder negativ. Nur im Störungsfall ist die Spannung auf der Leitung 36 Null Volt. Dieser Zusammenhang wird zur Störungsmeldung ausgenutzt. Solange der Meldeeinrichtugn 39 über die Leitung 38 eine positive oder eine negative Spannung zugeführt ist, erfolgt keine Störungsmeldung. Erhält die Meldeeinrichtung 39 im Störungsfall keine Spannung mehr, schließt ein in der 2 nicht dargestellter Schalter, der von der Spannung auf der Leitung 38 gesteuert ist, und verbindet eine Lampe 45 mit der Betriebsspannung. Die leuchtende Lampe 45 signalisiert das Auftreten einer Störung. Zusätzlich zu oder anstelle der optischen Störungssignalisierung ist eine akustische Störungssignalisierung möglich. Ebenso ist es möglich, das Störungssignal einer Steuerschaltung zur weiteren Signalverknüpfung zuzuführen.

Claims

Analoge Stromschnittstelle, die einen Eingangsstrom in Form eines „live zero"-Signals in ein elektrisches Ausgangssignal umwandelt, – mit einer Verstärkeranordnung, die den Eingangsstrom bzw. eine an einem von dem Eingangsstrom durchflossenen Widerstand abfallende Spannung mit einem den Nullpunkt des Ausgangssignals der Stromschnittstelle verschiebenden Offsetsignal derart verknüpft, daß das Ausgangssignal der Stromschnittstelle symmetrisch zu seinem Nullpunkt ist, dadurch gekennzeichnet, – daß ein erster analoger Rechenverstärker (4) die an dem von dem Eingangsstrom(Ie+, Ie–) durchflossenen Widerstand (1) abfallende Spannung in eine dem Eingangsstrom (Ie+, Ie–) proportionale Ausgangsspannung (U₄) umformt, – daß ein zweiter analoger Rechenverstärker (10; 10') der Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) eine als Offsetsignal dienende Offsetspannung (+U_ref –U_ref) überlagert und – daß das Vorzeichen der dem zweiten Rechenverstärker (10; 10') zugeführten Offsetspannung (+U_ref, –U_ref) an die Flußrichtung des Eingangsstroms (Ie+, Ie–) angepaßt ist.
Stromschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß die Ausgangsspannung des ersten Rechenverstärkers (4) einer Komparatorschaltung (17; 17') zugeführt ist und – daß die Komparatorschaltung (17; 17') Schalter (27 und 31; 41, 43 und 42, 44) steuert, die in Abhängigkeit von dem Vorzeichen der Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) dem zweiten Rechenverstärker (10; 10') eine positive Referenzspannung (+U_ref) oder eine negative Referenzspannung (–U_ref) als Offsetsignal zuführen.
Stromschnittstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – daß die Komparatorschaltung (17; 17') eine erste Ausgangsspannung (positive Spannung auf der Leitung 26; negative Spannung auf der Leitung 36) abgibt, wenn die Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) positiv und größer als ein vorgebbarer Schwellenwert (+U_S) ist, und – daß die Komparatorschaltung (17; 17') eine zweite Ausgangsspannung (positive Spannung auf der Leitung 30; positive Spannung auf der Leitung 36) abgibt, wenn die Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) negativ und sein Betrag größer als der Betrag des vorgebbaren Schwellenwerts (–U_S) ist, wobei der Betrag des vorgebbaren Schwellenwerts (+U_S, –U_S) kleiner gewählt ist als der dem Arbeitsbereich des Eingangsstroms (Ie+, Ie–) entsprechende Minimalwert.
Stromschnittstelle nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – daß der erste Rechenverstärker (4) einen potentialfreien Differenzeingang aufweist, – daß die Anschlüsse (2, 3) des von dem Eingangsstrom (Ie+, Ie–) durchflossenen Widerstandes (1) mit dem Differenzeingang des ersten Rechenverstärkers (4) verbunden sind, – daß der zweite Rechenverstärker (10; 10') als Summierverstärker ausgebildet ist, – daß der Ausgang des ersten Rechenverstärkers (4) mit einem ersten Eingang des zweiten Rechenverstärkers (10; 10') und mit dem Eingang der Komparatorschaltung (17; 17') verbunden ist, und daß die von der Komparatorschaltung (17; 17') angesteuerten Schalter (27 und 31; 41, 43 und 42, 44) Offsetspannungen (+U_ref, –U_ref) entgegengesetzter Polarität auf einen weiteren Eingang des zweiten Rechenverstärkers (10; 10') aufschalten.
Stromschnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – daß die beiden Rechenverstärker (4, 10; 4, 10') invertierende Verstärker sind, – daß beim Auftreten des ersten Ausgangssignals der Komparatorschaltung (17; 17') ein erster Schalter (27; 41, 43) schließt, der dem weiteren Eingang des zweiten Rechenverstärkers (10; 10') eine negative Spannung (–U_ref) zuführt und – daß beim Auftreten des zweiten Ausgangssignals der Komparatorschaltung (17; 17') ein zweiter Schalter (31; 42, 44) schließt, der dem weiteren Eingang des zweiten Rechenverstärkers (10; 10') eine positive Spannung (+U_ref) zuführt.
Stromschnittstelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung (17') ein drittes Ausgangssignal (0 Volt) abgibt, wenn der Betrag der Ausgangsspannung (U₄) des ersten Rechenverstärkers (4) kleiner als der Betrag des vorgebbaren Schwellenwerts (+U_S, –U_S) ist.
Stromschnittstelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (17') mit einer Meldeeinrichtung (39) verbunden ist.