DE19816942B4 - Circuit arrangement for monitoring a circuit for line break - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung (10) zur Überwachung eines Eingangsstromkreises (12) auf Leitungsbruch, umfassend eine Strom-/oder Spannungsquelle (28) sowie zumindest einen über Versorgungsleitungen (32, 34) im Eingangsstromkreis (12) liegenden Signalgeber (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Strom-/oder Spannungsquelle (28) in einem externen Stromzweig (26) des Eingangsstromkreises (12) in Reihe zu einem aktiven oder passiven Signalgeber (30) angeordnet ist, dass durch die Strom-/oder Spannungsquelle (28) ein Mindeststrom (IEmin) vorgebbar ist, welcher an zumindest einem in einem internen Stromzweig (18) des Eingangsstromkreises (12) liegenden Bauelement (20) einen Spannungsabfall hervorruft, wobei das Bauelement (20) mit einem ersten Schwellwertschalter (44) zur Überwachung des Eingangsstromkreises (12) auf Leitungsbruch und mit einem zweiten Schwellwertschalter (52) zur Überwachung eines logischen Eingangssignals des aktiven oder passiven Signalgebers (30) verbunden ist.Circuit arrangement (10) for monitoring an input circuit (12) for line break, comprising a current / or voltage source (28) and at least one signal transmitter (30) located in the input circuit (12) via supply lines (32, 34), characterized in that the Current / or voltage source (28) in an external current branch (26) of the input circuit (12) is arranged in series with an active or passive signal generator (30) that a minimum current (I Emin ), which causes a voltage drop on at least one component (20) located in an internal current branch (18) of the input circuit (12), the component (20) having a first threshold switch (44) for monitoring the input circuit (12) Line break and a second threshold switch (52) for monitoring a logical input signal of the active or passive signal generator (30) is connected.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Eingangsstromkreises auf Leitungsbruch, umfassend eine Strom-/oder Spannungsquelle sowie zumindest einen über Versorgungsleitungen im Eingangsstromkreis liegenden Signalgeber.The invention relates to a Circuit arrangement for monitoring an input circuit for line break, comprising a current or Voltage source and at least one via supply lines in the Signal generator input circuit.
Zum Anschluss von Signalgebern oder Aktoren weisen Ein-/Ausgabegeräte jeweils entsprechende Eingangs- oder Ausgangsstromkreise auf. Dabei sind die Eingänge nach verschiedenen Normen wie z. B. IEC 1131 Typ 1 und Typ 2 standardisiert, wobei sich Eingänge nach IEC 1131 Typ 1 z. B. für Sensorsignale von mechanischen Kontakten wie Relais, Tastern sowie 3-Draht-Näherungsschaltern und Eingänge nach IEC 1131 Typ 2 für Sensorsignale von "solid state devices", von mechanischen Kontakten und Tastern sowie allen 3-/2-Draht-Näherungsschaltern nach IEC 947-5-2 Standard eignen.For connecting signal transmitters or Actuators have input / output devices corresponding input or output circuits. Are the entrances according to various standards such as B. IEC 1131 type 1 and type 2 standardized, taking entrances according to IEC 1131 type 1 z. B. for Sensor signals from mechanical contacts such as relays, buttons and 3-wire type proximity switches and entrances according to IEC 1131 type 2 for Sensor signals from "solid state devices", from mechanical contacts and Buttons and all 3/2-wire proximity switches according to IEC 947-5-2 standard.
Die Eingänge unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihre Eingangsspannungs- und Strombereiche, durch die verschiedene Signalzustände wie "Ein-Signal", "Übergang" und "Null-Signal" festgelegt sind.The inputs differ essentially through their input voltage and current ranges, through which different signal states like "on signal", "transition" and "zero signal" are defined.
Zum Einsatz von aktiven 2-Drahtsensoren, die zur Versorgung ihrer internen Logik einen Versorgungsstrom benötigen, wurden bisher Eingänge vom Typ IEC 1131 Typ 2 eingesetzt, die zur Detektierung eines "Ein-Signal" einen vergleichsweise hohen Eingangsstrom von mindestens 6 mA benötigen, was Verluste verursacht und eine aufwendige Leitungsüberwachung erfordert.For the use of active 2-wire sensors that need a supply current to supply their internal logic previously inputs of type IEC 1131 type 2 used to detect an "on signal" need a comparatively high input current of at least 6 mA, resulting in losses caused and requires complex line monitoring.
Zur Überwachung der Versorgungsleitungen auf
Leitungsbruch von passiven analogen Sensoren wie Widerstandsthermometern,
ist aus der
Die Beschaltung eines Ein-/Ausgabegerätes erfolgt in der Regel dadurch, dass ein Hinleiter von dem speisenden Ein-/Ausgabegerät zu dem Aktor bzw. der Last geführt und ein Rückleiter auf eine gemeinsame Sammelschiene geführt wird.An input / output device is connected usually in that a forward conductor from the feeding input / output device to the Actuator or the load led and a return conductor is led onto a common busbar.
Nach dem Stand der Technik wird eine Drahtbruchüberwachung im Hinleiter dadurch realisiert, dass im Verlauf des Hinleiters ein Widerstand angeordnet ist, und eine von einem in dem Hinleiter fließenden Strom erzeugte Spannung an dem Widerstand überwacht wird. Hierbei tritt das Problem auf, dass dann, wenn kein Strom im Hinleiter fließt, d. h. im Aus-Zustand, eine Überwachung der Hinleitung ausgeschlossen ist. Des Weiteren unterliegt die an dem Messwiderstand abfallende Spannung starken Schwankungen, so dass bezüglich der Dimensionierung des Widerstandes und bezüglich der Auswerteschaltung hohe Anforderungen zu erfüllen sind.According to the state of the art, wire break monitoring realized in the outgoing conductor in that in the course of the outgoing conductor a resistor is arranged, and one of a current flowing in the forward conductor generated voltage across the resistor is monitored. Here occurs the problem that if no current flows in the outgoing conductor, i. H. in the Off-state, monitoring the forwarding is excluded. Furthermore, the is subject to the Measuring resistance falling voltage large fluctuations, so that in terms of the dimensioning of the resistance and with regard to the evaluation circuit to meet high requirements are.
Eine weitere Möglichkeit zur Überwachung eines Stromkreises im Aus-Zustand besteht darin, den Stromkreis kurzzeitig mit Impulsen zu beaufschlagen, wobei gleichzeitig ein Messvorgang gestartet wird. Hierbei tritt das Problem auf, dass die Impulse derart kurzzeitig sein müssen, damit angeschlossene Verbraucher wie z. B. Relais während der Impulsdauer nicht anziehen können. Eine Auswertung dieser kurzzeitigen Impulse ist ebenfalls mit hohem Aufwand verbunden.Another way to monitor a Circuit in the off state consists of the circuit briefly impinged with pulses, at the same time a measuring process is started. Here the problem arises that the impulses have to be so short connected consumers such. B. Relays during the pulse duration can't tighten. An evaluation of these short-term impulses is also high Associated effort.
Ferner ist aus
Eine ähnliche Schaltungsanordnung
ist aus
Aus
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Eingangs- oder Ausgangsstromkreis der zuvor genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei möglichst geringer Verlustleistung eine einfache und sichere Überwachung der Versorgungsleitungen auf Leitungsbruch möglich ist.The present invention lies the problem underlying an input or output circuit to further develop the aforementioned type so that if possible simple and safe monitoring with low power loss the supply lines for line breaks is possible.
Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Strom-/oder Spannungsquelle in einem externen Stromzweig des Eingangsstronikreises in Reihe zu einem aktiven oder passiven Signalgeber angeordnet ist, dass durch die Strom-/oder Spannungsquelle ein Mindeststrom vorgebbar ist, welcher an zumindest einem in einem internen Stromzweig des Eingangsstromkreises liegenden Bauelement einen Spannungsabfall hervorruft, wobei das Bauelement mit einem ersten Schwellwertschalter zur Überwachung des Eingangsstromkreises auf Leitungsbruch und mit einem zweiten Schwellwertschalter zur Überwachung eines logischen Eingangssignals des aktiven oder passiven Signalgebers verbunden ist.The problem is solved according to the invention in that the current / or voltage source in an external branch of the Input electronics circuit in series with an active or passive signal transmitter is arranged that a minimum current through the current / or voltage source It can be specified which is on at least one in an internal current branch of the input circuit component a voltage drop causes, the device with a first threshold switch for surveillance of the input circuit for wire break and with a second Threshold switch for monitoring a logical input signal of the active or passive signal generator connected is.
Dabei ist eine Mittelanzapfung des Spannungsteilers einerseits mit einem ersten vorzugsweise negativen Eingang des ersten Schwellwertschalters und andererseits mit einem ersten vorzugsweise positiven Eingang des zweiten Schwellwertschalters verbunden, wobei ein zweiter Eingang der Schwellwertschalter jeweils mit einem ersten bzw. zweiten Schwellwert wie Referenzspannung (Uref1, Uref2) verbunden ist.A center tap of the voltage divider is connected on the one hand to a first preferably negative input of the first threshold switch and on the other hand to a first preferably positive input of the second threshold switch , a second input of the threshold switches each having a first or second threshold value such as reference voltage (U ref1 , U ref2 ) is connected.
Der zuvor beschriebene Eingangskreis eignet sich insbesondere für aktive 2-Draht-Näherungsschalter, die einen Spannungsabfall von < 8 V, einen Mindestbetriebsstrom von < 2 mA und einen maximalen Strom von < 0,8 mA im ausgeschalteten Zustand aufweisen. Dabei ist es erforderlich, einen Mindesteingangsstrom im Eingangsstromkreis vorzugeben, der zum Beispiel der Mindestbetriebsstrom des angeschlossenen Sensorelementes ist, wodurch eine geringe Verlustleistung im Eingangsstromkreis erzeugt wird. Über den ersten Schwellwertschalter, der als Komparator ausgebildet sein kann, wird die an der Mittelanzapfung anliegende Spannung Ut mit der ersten Referenzspannung Uref1 verglichen und ermittelt, ob der Eingangsstrom größer oder kleiner als der geforderte Mindeststrom ist. Unterschreitet der Eingangsstrom den geforderten Mindeststrom, was z. B. auf einen Leitungsbruch schließen lässt, schaltet der erste Schwellschwertschalter und zeigt einen Leitungsbruch an.The input circuit described above is particularly suitable for active 2-wire proximity switches that have a voltage drop of <8 V, a minimum operating current of <2 mA and a maximum current of <0.8 mA when switched off. It is necessary to specify a minimum input current in the input circuit, which is, for example, the minimum operating current of the connected sensor element, as a result of which a low power loss is generated in the input circuit. Via the first threshold switch, which can be designed as a comparator, the voltage U t applied to the center tap is compared with the first reference voltage U ref1 and it is determined whether the input current is greater or less than the required minimum current. If the input current falls below the required minimum current, which, for. B. indicates a line break, the first threshold switch switches and indicates a line break.
Zur optischen Anzeige des Ausgangszustandes des ersten Schwellwertschalters ist ein Ausgang des Komparators über eine Reihenschaltung aus Diode und Widerstand mit Massepotential verbunden. Eine entsprechende Ausgangsbeschaltung weist auch der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters auf.For the optical display of the initial status of the first threshold switch is an output of the comparator via a Series connection of diode and resistor connected to ground potential. A the output of the second also has a corresponding output circuit Threshold switch on.
Die Schaltungsanordnung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Mindeststrom so niedrig gewählt werden kann, dass er niedriger als ein Versorgungsstrom von ca. 0,3 mA der Mehrheit aller 2-Draht-Näherungsschalter ist. Auf diese Weise können die Näherungsschalter direkt verwendet werden. Werden einfache mechanische Kontakte von Relais oder Tastern als Signalgeber eingesetzt, ist vorgesehen, dass parallel zu dem Schaltkontakt ein Widerstand angeordnet ist, um den Mindeststrom im Eingangsstromkreis aufrechtzuerhalten.The circuit arrangement draws is particularly characterized by the fact that the minimum current is so low chosen can become lower than a supply current of approx. 0.3 mA of the majority of all 2-wire proximity switches. To this Way can the proximity switches can be used directly. Become simple mechanical contacts of relays or buttons used as signal generators, it is provided that in parallel a resistor is arranged to the switching contact to the minimum current in the input circuit.
Als weitere Besonderheit der Eingangsstromkreisüberwachung ist vorgesehen, dass die Überwachung freigegeben oder abgeschaltet werden kann. Dazu ist vorgesehen, dass der erste Schwellwertschalter einen Open-Collector-Ausgang aufweist und über einen Widerstand zur Freigabe der Überwachung mit positivem Potential und zur Sperrung der Überwachung mit Massepotential verbunden ist. Des Weiteren ist der Ausgang mit einem Treiber-Baustein verbunden, an dessen Ausgang die logischen Signale der Leitungsüberwachung bei Freigabe abgreifbar sind. Zur optischen Anzeige des Ausgangssignals ist der Ausgang des Treiber-Bausteins über eine Leuchtdiode und einen Widerstand mit Massepotential verbunden.Another special feature of input circuit monitoring it is intended that monitoring can be released or switched off. For this purpose, that the first threshold switch has an open collector output has and about a resistor to enable monitoring with positive potential and to block surveillance is connected to ground potential. Furthermore, the exit is with connected to a driver module, at the output of which the logical Line monitoring signals can be tapped when released. For the optical display of the output signal is the output of the driver module via an LED and a resistor connected to ground potential.
Detektiert der erste Schwellwertschalter mit Open-Collector-Ausgang ein Signal, das einem Leitungsbruch entspricht, während der Ausgang des Schwellwertschalters über den Widerstand an Massepotential liegt, ist am Ausgang des Treiber-Bausteins der Pegel "Logisch 0" abgreifbar. Diese Funktionsweise ist dann von Nutzen, wenn ein Eingang unbenutzt bzw. unbeschaltet ist.Detects the first threshold switch with open collector output a signal that corresponds to a line break, while the output of the threshold switch via the resistance to ground potential the "Logical 0" level can be tapped at the output of the driver module. This functionality is useful when an input is not used or is not connected.
Des Weiteren ist zwischen den ersten Eingängen des ersten und zweiten Komparators und der Mittelanzapfung des Spannungsteilers ein Filterglied angeordnet. Dabei ist das Filterglied als R-C-Glied ausgebildet, wobei ein Widerstand zwischen der Mittelanzapfung und den Eingängen angeordnet ist und von den Eingängen ein Kondensator gegen Massepotential geschaltet ist.Furthermore, is between the first inputs of the first and second comparators and the center tap of the voltage divider a filter element arranged. The filter element is designed as an R-C element, with a resistor placed between the center tap and the inputs is and from the entrances a capacitor is connected to ground potential.
Bei einer weiteren bevorzugten Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass der Stromkreis als Ausgangsstromkreis mit Schaltglied wie Transistorschalter und einem dazu parallel geschalteten Widerstand ausgebildet ist, wobei die Last und/oder der Aktor in Reihe mit dem Schaltglied geschaltet ist und wobei die Last und/oder der Aktor über eine Diode, insbesondere eine Schottky-Diode mit Bezugpotential verbunden ist, die mit einem ersten Eingang des Schwellwertschalters verbunden ist, dessen zweiter Eingang an einer dritten Referenzspannung (Uref2) liegt. Als Besonderheit dieser Schaltungsanordnung ist hervorzuheben, dass die Überwachung im Rückleitungspfad und bezogen auf Massepotential (0V-Bezug) erfolgt. Wie schon zuvor ausgeführt, wird bei üblichen Verdrahtungen in Schaltschränken lediglich der Hinleiter von der speisenden Baugruppe zur Last geführt, wobei der Rückleiter auf eine gemeinsame Sammelschiene geführt ist. Bei einer solchen Schaltungsanordnung ist nur die wesentlich schwieriger durchzuführende Leitungsüberwachung im Hinleiter möglich.In a further preferred circuit arrangement it is provided that the circuit is designed as an output circuit with a switching element such as a transistor switch and a resistor connected in parallel therewith, the load and / or the actuator being connected in series with the switching element and the load and / or the actuator is connected via a diode, in particular a Schottky diode with reference potential, which is connected to a first input of the threshold switch , the second input of which is connected to a third reference voltage (U ref2 ). A special feature of this circuit arrangement is that the monitoring takes place in the return path and in relation to ground potential (0V reference). As already stated above, with conventional wiring in control cabinets, only the outgoing conductor is routed from the supplying module to the load, the return conductor being guided on a common busbar. With such a circuit arrangement, only the line monitoring in the outgoing conductor, which is much more difficult to perform, is possible.
Über den parallel zu dem Schaltglied angeordneten Widerstand wird ebenfalls ein Mindeststrom eingeprägt, damit auch bei abgeschaltetem Schaltglied bzw. Ausgangstreiber der Ausgangsstromkreis überwacht werden kann. Für sogenannte "current source"-Ausgänge ist ein maximaler Leckstrom (off-state leakage current) definiert. Dass der eingeprägte Mindeststrom den maximalen Leckstrom nicht überschreitet, ist eine weitere wesentliche Eigenschaft der Schaltungsanordnung. Für einen Ausgang mit beispielsweise 0,5 A Nennstrom beträgt der maximale Leckstrom im ausgeschalteten Zustand ca. 1 mA.A minimum current is also impressed via the resistor arranged in parallel with the switching element, so that the output circuit can be monitored even when the switching element or output driver is switched off. For so called "current A maximum leakage current (off-state leakage current) is defined. The fact that the impressed minimum current does not exceed the maximum leakage current is another essential property of the circuit arrangement. For an output with, for example, 0.5 A nominal current, the maximum leakage current is im switched off state approx. 1 mA.
Vorzugsweise ist die Diode, über die der Rückleiter mit dem gemeinsamen Massepotential verbunden ist, als Schottky-Diode ausgebildet. Die Schottky-Diode verursacht bei gleichem Strom eine geringere Verlustleistung als eine normale Diode. Zur Filterung des an der Schottky-Diode anliegenden Messsignals ist zwischen dem Eingang des Komparators und dem Anodenanschluss der Schottky-Diode ein R-C-Glied vorgesehen.Preferably, the diode over which the return conductor is connected to the common ground potential, as a Schottky diode educated. The Schottky diode causes a lower one with the same current Power dissipation than a normal diode. To filter the on the Schottky diode applied measurement signal is between the input of the comparator and the anode connection of the Schottky diode an R-C element intended.
Als Schutzbeschaltung gegen Unterspannungen beim Schalten von induktiven Lasten ist antiparallel zu der Schottky-Diode eine weitere Diode geschaltet.As protective circuit against undervoltage when switching inductive loads is anti-parallel to the Schottky diode another diode switched.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der positive Eingang des Komparators über einen ersten Widerstand (Rn) an Massepotential (0V-Bezug) liegt, wodurch ein "Floaten" des Komparators bei Leitungsbruch oder unbenutztem Ausgang verhindert wird. Dabei sollte der am positiven Eingang des Komparators liegende Widerstand (Rn) zu dem parallel zu dem Schaltglied liegenden Widerstand Ri ein bestimmtes Verhältnis einnehmen, das im Bereich von 0,1 × Rp < Rn < 0,2 × Rp liegt. Auch ist vorgesehen, dass die Überwachung des Ausgangsstromkreises abschaltbar ist. Dabei ist der positive Eingang des Komparators mit einem weiteren Widerstand Ren verbunden, an dem eine Spannung einprägbar ist, um die Überwachungsschaltung zu unterdrücken. Liegt am Widerstand Ren ein Potential an, das größer als die Referenzspannung ist, so liegt am Ausgang des Komparators unabhängig vom Spannungsabfall über der Schottky-Diode ein Signal "Logisch 1" an, was der Information "kein Leitungsbruch" zugeordnet ist.Furthermore, it is provided that the positive input of the comparator is connected to ground potential (0 V reference) via a first resistor (R n ), thereby preventing the comparator from "floating" in the event of a line break or unused output. The resistance (R n ) at the positive input of the comparator should have a certain ratio to the resistance R i lying parallel to the switching element, which is in the range of 0.1 × R p <R n <0.2 × R p , It is also provided that the monitoring of the output circuit can be switched off. The positive input of the comparator is connected to a further resistor R en , to which a voltage can be impressed in order to suppress the monitoring circuit. If there is a potential at the resistor R en which is greater than the reference voltage, a "Logical 1" signal is present at the output of the comparator regardless of the voltage drop across the Schottky diode, which is associated with the information "no line break".
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels.More details, advantages and Features of the invention result not only from the claims from these characteristics - for themselves and / or in combination - but also from the following description of one of the drawings Embodiment.
Es zeigen:Show it:
In
Der Eingangsstromkreis
Als Signalgeber
Der Eingangsfilter
Die Auswerteeinheit
Des Weiteren ist ein zweiter Schwellwertschalter
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist an dem Ausgang
Über
den Eingangsspannungsteiler
Der erste Komparator
Insbesondere kann der Mindeststrom Iemin so niedrig gewählt werden, dass er niedriger als der minimale Versorgungsstrom von ca. 0,3 mA der Mehrheit aller 2-Draht-Näherungsschalter ist. Auf diese Weise können die Näherungsschalter unmittelbar verwendet werden.In particular, the minimum current I emin can be chosen to be so low that it is lower than the minimum supply current of approximately 0.3 mA for the majority of all 2-wire proximity switches. In this way, the proximity switches can be used immediately.
In
Um den Ausgang des Komparators
Das Unterdrücken der Drahtbruchüberwachung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Eingang unbenutzt ist.Suppressing wire break monitoring is particularly advantageous when an input is not used.
In
Parallel zu dem Schaltglied
Sobald die über die Schottky-Diode
Vorzugsweise ist die Diode
Des Weiteren ist vorgesehen, dass
der positive Eingang des Schwellwertschalters
Des Weiteren ist vorgesehen, dass
auch in dieser Schaltungsanordnung der Ausgang
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20121101 |