DE19906932B4

DE19906932B4 - Binäreingabegerät

Info

Publication number: DE19906932B4
Application number: DE1999106932
Authority: DE
Inventors: Hans Otto Dipl.-Ing. Rühlmann
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: DE19906932A1

Abstract

Binäreingabegerät (1) mit einem oder mehreren Binäreingabekanälen (2), wobei
a) jeder Eingabekanal (2) einen Komparator (3) aufweist, der für einen Vergleich eines an einen Signaleingang (K6) anlegbaren Eingangssignals (E) mit einer an einen Referenzspannungseingang (K7) anlegbaren Referenzspannung (UREF) eingerichtet ist und einen Optokoppler (OK) aufweist,
b) eine – für alle Eingabekanäle (2) gemeinsame – Referenzspannungsschaltung (4) vorhanden ist, welche eine Referenzstromquelle (Q), ein Widerstandnetzwerk (R1, R2, R3) und zwei Halbleiterschalter (T1, T2) aufweist, wobei die Referenzstromquelle (Q) in Abhängigkeit des Schaltzustandes der Halbleiterschalter (T1, T2) einen Strom durch das Widerstandsnetzwerk (R1, R2, R3) treibt, mit deren Hilfe, gesteuert durch eine Binäreingabegeräte-interne oder -externe Steuereinrichtung (5) und einem für sonstige Leitsystemfunktionen bereits vorhandenen Mikroprozessor, unterschiedliche Referenzspannungen (UREF) erzeugbar und allen Referenzspannungseingängen (K7) der Komparatoren (3) zuführbar sind, und
c) mittels einer Binäreingabegeräte-internen oder -externen Erfassungs- und Auswerteeinrichtung (6) und einem für sonstige Leitsystemfunktionen bereits vorhandenen Mikroprozessor je Eingabekanal...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Binäreingabegerät mit mindestens einem Eingabekanal. Solche Binäreingabegeräte werden beispielsweise in der Kraftwerksleittechnik zur Eingabe von binären Signalen in ein Prozeß-Leitsystem eingesetzt.
Prozeßleitsysteme sind oftmals mit einem hierarchischen Diagnosesystem ausgestattet, wobei die Funktionsfähigkeit der einzelnen Systemkomponenten zyklisch überprüft wird und entdeckte Fehlerzustände zu einer Zentrale gemeldet werden.
Es ist üblich, insbesondere auch die Funktionsfähigkeit von Binär-Eingabegeräten zu überprüfen, wobei jeder einzelne Eingabekanal getestet wird. Zur Durchführung des Tests ist eine separate Applikation erforderlich, wobei der jeweilige Eingangswert eines 0-Signals bzw. 1-Signals in einem festgelegten Zeitintervall von einem externen Signalgenerator erzeugt, und die Reaktion des Eingabekanals auf eine so simulierte Signaleingabe durch Auswertung des resultierenden Ausgangssignals mittels einer externen Logik ausgewertet wird.
Aus der DE 39 19 960 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer binäre Signale übertragenden Leitung auf Kurzschluß und Unterbrechung bekannt, mittels welcher nicht nur der Zustand von Binärsignalen festgestellt, sondern auch die Übertragungsleitungen und gegebenenfalls der Binärsignalgeber überwacht werden können. Hierzu ist die jeweils zu überwachende Leitung über je einen Widerstand an die beiden Pole einer Spannungsquelle angeschlossen und mit einem Eingang eines Komparators verbunden, wobei dessen anderem Eingang ein auf unterschiedliche Pegel einstellbares Vergleichssignal zugeführt ist, währnd an dessen Ausgang eine den Pegel des Vergleichssignals steuernde Auswerteeinheit angeschlossen ist.
Nachteile dieser aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnung sind der erhöhte Schaltungs- beziehungsweise Verdrahtungsaufwand sowie Kosten und Raumbedarf der zusätzlich benötigten Einrichtungen für die separate Steuerung und Auswertung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Binäreingabegerät anzugeben, das einen Funktionstest bei reduziertem Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Binäreingabegerät mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Das Binäreingabegerät hat den Vorteil, daß neben einer Überprüfung der 0-Signal- und 1-Signal-Erkennung auch Zustände wie Dauer-High(1)-Signal, oder Dauer-Low(0)-Signal oder ein Drahtbruch im Signalweg erkannt werden. Die Testeinrichtung arbeitet nicht mit einer Eingabesignal-Simulation, sondern mit unterschiedlicher Referenzspannung zur Funktionsprüfung. Sowohl die Steuerung der Referenzspannungsbildung als auch die Ausgangssignal-Auswertung können vorzugsweise mit Hilfe eines für sonstige Leitsystemfunktionen ohnehin vorhandenen Mikroprozessors erfolgen, so daß der Aufwand für die Testeinrichtung minimal ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schaltungsanordnung des Binär-Eingabegeräts, und
2 beispielhafte Referenzspannungspegel.
1 zeigt als Prinzipschema eine Schaltungsanordnung eines Binär-Eingabegeräts 1, das mehrere gleichartige Eingabekanäle 2 in üblicher Ausführung aufweist, wovon in der Zeichnung zwei dargestellt sind. Jeder Eingabekanal 2 weist einen Komparator 3 auf, dessen Signaleingang K6 ein Binär-Signal zuführbar ist. Im Signaleingangszweig ist eine Eingangsbürde R4 zur Signalbegrenzung und ein Schutzwiderstand R5 vorhanden. Im Referenzspannungseingang K7 des Komparators 3 ist eine Referenzspannung UREF mit unterschiedlichen Spannungspegel zuführbar. Mit U1 ist eine Versorgungsspannung für den Komparator 3 und einen Optokoppler OK bezeichnet. Das Ausgangssignal des Komparators 3 ist über einen Strombegrenzungswiderstand R6 zum Eingang des Optokopplers OK geführt. Mit R7 und R8 sind Schutzwiderstände bezeichnet. Das Ausgangssignal des Eingabekanals 2 ist über den Schutzwiderstand R8 zum Ausgang A geführt.
Zur Erzeugung der Referenzspannung UREF mit unterschiedlichem Spannungspegel ist eine Referenzspannungsschaltung 4 vorhanden. Diese weist eine Referenzstromquelle Q auf, die einen Strom durch ein Widerstandsnetzwerk mit den Widerständen R1, R2 und R3 treibt, je nach Schaltzustand der außerdem vorhandenen Halbleiterschalter T1 und T2. Je nach Schaltzustand der Schalter T1 und T2 stellt sich ein unterschiedlicher Pegel der Referenzspannung UREF ein. Wenn beide Schalter T1, T2 offen sind (Pegel 4) wirkt Widerstand R3 als Vorwiderstand; wenn Schalter T1 geschlossen ist (Pegel 3), ergibt sich eine Spannungsteilung an den Widerständen R1 und R3; wenn Schalter T2 geschlossen ist (Pegel 2) eine Spannungsteilung an R2 und R3; und wenn beide Schalter T1, T2 geschlossen sind (Pegel 1) eine Spannungsteilung an der Parallelschaltung R1, R2 und dem Widerstand R3.
Die Ansteuerung der Schalter T1, T2 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 5, die Binärgeräte-intern oder extern angeordnet sein kann. Zweckmäßig ist die Verwendung eines Mikroprozessors, der in der Leitanlage für sonstige Aufgaben vorhanden ist.
Dasselbe gilt auch für eine Auswerteeinrichtung 6, der jeweils das Ausgangssignal der Eingabekanäle 2 zugeführt ist.
Als Mittel zur externen Binärsignalerzeugung ist ein Schalter S dargestellt, der eine Signalspannung V2 zugeführt ist. Der Schalter S ist mit einem Parallelwiderstand R9 beschaltet. Damit wird eine Unterscheidung zwischen Eingangssignal ”0” und einem Drahtbruch ermöglicht, da bei einem ”0”-Signal ein definierter Spannungspegel vorhanden ist.
In 2 sind beispielhaft Referenzspannungspegel dargestellt, die mit Hilfe der Referenzspannungsschaltung 4 erzeugbar sind. Dabei ist eine Signalspannung U2 von 48 V 10% Toleranz zugrundegelegt, sowie ein ”1” Signal im Bereich von 18 V bis 53 V und eine ”0”-Signal im Bereich 5 V bis 8 V.
Unter diesen Voraussetzungen ist bei einem Referenzspannungspegel 1 von 3 V detektierbar, ob ein Drahtbruch vorliegt. Denn bei Drahtbruch ist die Signalspannung 0 V.
Die Pegel 2 bis 4 sind einzeln und in Kombination je nach Anwendungsfall für Testzwecke verwendbar. Beispielsweise abhängig von vorgegebenen Eingangssignal-Toleranzen oder davon, ob eine Drahtbruchüberwachung vorgesehen ist.
Der Pegel 2 von etwa 11 V bzw. der Pegel 3 von etwa 24 V sind geeignet zur Auswertung des Eingangssignal-Zustandes bezüglich des Vorliegens eines „0”- oder „1” Signals.
Der Pegel 4 von etwa 55 V ermöglicht es, im Fall der Verwendung des Ruhestromprinzips bei dauerhaftem „1”-Signal das Eingangssignal auf „0”-Signal zu testen.
Die Testeinrichtung ermöglicht es, in einem Hintergrundzyklus zusätzlich zur normalen Signalwert-Erfassung Testzyklen für Eingangskanaltests durchzuführen. In einem solchen Testzyklus können abhängig vom Vorzustand des Eingangskanals jeweils einer der Pegel, z. B. Pegel 4 oder Pegel 1 am Komparator angelegt werden. Ein Vergleich des Ausgangssignals mit dem erwarteten Signal liefert eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Eingangskanals.

Claims

Binäreingabegerät (1) mit einem oder mehreren Binäreingabekanälen (2), wobei a) jeder Eingabekanal (2) einen Komparator (3) aufweist, der für einen Vergleich eines an einen Signaleingang (K6) anlegbaren Eingangssignals (E) mit einer an einen Referenzspannungseingang (K7) anlegbaren Referenzspannung (UREF) eingerichtet ist und einen Optokoppler (OK) aufweist, b) eine – für alle Eingabekanäle (2) gemeinsame – Referenzspannungsschaltung (4) vorhanden ist, welche eine Referenzstromquelle (Q), ein Widerstandnetzwerk (R1, R2, R3) und zwei Halbleiterschalter (T1, T2) aufweist, wobei die Referenzstromquelle (Q) in Abhängigkeit des Schaltzustandes der Halbleiterschalter (T1, T2) einen Strom durch das Widerstandsnetzwerk (R1, R2, R3) treibt, mit deren Hilfe, gesteuert durch eine Binäreingabegeräte-interne oder -externe Steuereinrichtung (5) und einem für sonstige Leitsystemfunktionen bereits vorhandenen Mikroprozessor, unterschiedliche Referenzspannungen (UREF) erzeugbar und allen Referenzspannungseingängen (K7) der Komparatoren (3) zuführbar sind, und c) mittels einer Binäreingabegeräte-internen oder -externen Erfassungs- und Auswerteeinrichtung (6) und einem für sonstige Leitsystemfunktionen bereits vorhandenen Mikroprozessor je Eingabekanal (2) eine Beurteilung der Gerätefunktionsfähigkeit durch Vergleich des in einem Testzyklus jeweils erfaßten Ausgangssignals mit dem jeweils erwarteten Wert des Ausgangssignals ermöglicht ist.
Binäreingabegerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Referenzspannungsschaltung (4) in Verbindung mit der Steuereinrichtung (5), einer externen Eingabekontakt-Beschaltung (R9) und der Auswerteeinrichtung (6) ein Testzyklus ermöglicht ist, in dem außer einer 0-Signal- und 1-Signal-Prüfung auch eine Erkennung der Zustände Dauer”1”- oder Dauer-„0”-Signal und ”Drahtbruch” ermöglicht sind.