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Einrichtung zur Funktionsüberwachung eines analogen drei kanaligen
Regelsystems Die Haupt anmeldung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Funktionsüberachung
der Regeistränge eines analogen dreikanaligen Regelsystems, bestehend aus drei Mittelwertbildnern,
deren Eingänge die Signale der drei Regelstränge in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen
dreier, Jeweils mit zwei Regelsträgen verbundener Schwellwertschalter abschaltbar
zugeführt sind.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe eine derartige Funktionsüberwachungseinrichtung
auch noch in der Weise zu ertüchtigen, daß an ihr während des Betriebes des Regel
systems eine Prüfung auf innere Fehler durchgeführt werden kann, wobei der Betrieb
pes Regelsystems ungestört weiterlaufen soll. Gelöst wird diese Aufgabe bei einer
Einrichtung der eingangsgenannten Art dadurch, daß den Mittelwertbildnern die Regelstrangsignale
Uber rückwirkungsfreie Übertrwgungseinrichtungen, vorzugsweise Entkopplungsverstärker
zugeführt sind und die Ein- und Ausgänge der Mittelwertbildner und der Schwellwertschalter
zusätzlich mit an ein Prüfgerät angeschlossenen Prüfsignal- bzw. Abfragesignalklemmen
(PS1 bis PS7 bzw. AS1 bis AS7) verbunden sind.
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Die Erfindung samt ihrer weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprüchen
gekennzeichnet sind, soll nun im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht
werden.
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Fig. 1 zeigt drei mit KK1, KK2 und KK3 bezeichnete Kontroll-und
Korrekturglieder,
welche in der bereits in der Hauptanmeldung beschriebenen Weise von den Ausgangssignalen
S1, 82 und S3 dreier in drei parallelen Regelsträngen angeordneter, åedoch Kcht
weiter dargestellter Regelkreisglieder parallel beaufschlagt werden. Jedes dieser
drei Korrekturglieder ist völlig gleichartig aufgebaut, so daß es genügen kann,
deren Funktionsweise anhand des Eorrekturgliedes ggl zu erläutern. Dieses Korrekturglied
enthält einen Bittelwertbildner, der aus drei einseitig miteinander verbundenen
Widerständen 1, 2, 3 beateht, deren Verbindungapunkt an einen Impedanzwandler 4
angeschlossen ist und welche an ihren anderen Enden über Relaiskontakte a bis c
entsprechend der in der Hauptanmeldung beschriebenen Weise von den Regelstrangsignalen
S1, 52 und 53 beaufschlagt werden,und zwar nicht direkt, sondern über Entkopplungsverstärker
5, 6 und 7, wobei der dem Regelstrangsignal S2 zugeordnete Entkopplungsverstärker
6 dem Korrekturglied KK2 und der dem Regelstrangsignal S3 zugeordnete Verstärker
7 räumlich im Korrekturglied KK3 angeordnet ist. Es wäre selbstverständlich auch
möglich, die Fntkopplungsverstärker 5, 6 und 7 alle gemeinsam im Eorrekturglied
KK1 anzuordnen, es müßten dann aber jedem Eorrekturglied sämtliche drei Regelstrangspannungen
S1, 52 und S3 zugefUhrt werden. Die Eingänge eines Schwellwertschalters 8 sind mit
den Ausgängen der Verstärker 5 und 6 verbunden, während die Eingänge eines zweiten
Schwellwertverstärkers 9 mit den Ausgängen der Verstärker 5 und 7 und die Eingänge
eines dritten Schwellwertverstärkers 10 mit den Ausgängen der Verstärker 5 und 6
verbunden sind. Sämtliche der drei schwellwertschalter 8 bis 10 haben dieselbe in
ihren Blocksymbolen dargestellte Charakteristik, so daß jeweils zwei dieser Schwellwertschalter
# ein negatives, und damit ein Abfallen des ihnen jeweils nachgeschalteten Relais
(A - C)
bewirkendes Ausgangssignal führen, falls sich ein Regelstrangsignal
infolge einer Störung von den beiden übrigen unterscheidet. Bleibt jedoch die an
den Eingängen der Schwel;-wertschalter 8 bis 10 auftretende Spannung innerhalb eines
kleinen Schwellwertbereiches, was für den ungestörten Betrieb gilt, in dem die drei
Regeltrangsignale S1, 52 und S3 annähernd gleiche Größe aufweisen, so führen die
Ausgänge der Schwellwertschalter 8 - 10 eie positive Spannung, welche die ihnen
nachgeschalteten Relais a,b bzw. c zum An-Sprechen bringt. Diesem Zustand entspricht
die in Fig. 1 dargestellte Lage der Relaiskontakte a - c. So würde beispielsweise
bei einer Störung im Regeistrang S1 die Ausgänge der Schwellwertschalter 8 und 10
negative Ausgangssignale führen, so daß die Relais A und C abfallen und so das Regelstrangsignal
S1, bzw. das Ausgangssignal des Entkopplungs verstärkers 5 im Korrekturglied KK1
abschalten würden. Da der Impedanzwandler 4 einen praktisch unendlich großen Eingangswiderstandaufweist,
wird am Verbindungspunkt der Widerstände 1, 2, 3 im ungestörten Fall der Mittelwert
der drei (gleichen) Ausgangsspannungen der VerstErker 5, 6 und 7, bei Abschaltung
eines Regelrtangsignals der Mittelwert aus den beiden ungestörten Regelstrangspannungen
erscheinen.
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Die Eingänge der Schwellwertschalter 8 bis 10 sind nun einerseits
jeweils über hochohmige Widerstände R an Prüfsignalklemmen PS2 bis PS7 und über
im Vergleich hierzu sehr niederohmige Widerstände r mit den Ausgängen der Entkopplungsverstärker
5 bis 7 angeschlossen, während die Ausgänge der Schwellwertschalter mit Abfragesignalklemmen
AS2 bis AS7 verbunden sind.-Wird beispielsweise an die Prüfsignalklemme PS2 ein
Gleichstromsignal solcher Größe gelegt, daß ihr im Eingang des Schwellwertschalters
8 wirksamer, durch den Spannungsteiler aus dem Widerstand R und dem Widerstand r
bestimmter Bruchteil sich gerade noch innerhalb der Ansprechgrenzen
des
Schwellwertschalters 8 befindet, dann kann durch Überwachung der Abfragesignalklemme
AS2 überprüft werden, ob die den Widerstand r enthaltende Verbindungsleitung zwischen
dem Ausgang des Verstärkers 5 und dem Eingang des Schwellwertschalters 8 intakt
ist oder nicht. Bei einem Bruch dieser Verbindungsleitung würde diese nicht mehr
den Widerstand r, sondern den Widerstand unendlich aufweisen und das an der Klemme
PS2 anliegende Eingangssigrial würde in weitaus somit größerem und/die Ansprechschwelle
des Schwellwertschalters 8 übersteigenden Maße wirksam und so diesen zum Ansprechen
bringen. Die Funktionsfähigkeit des Schwellwertschalters 8 kann andererseits dadurch
Überprüft werden, daß an die Prüfsignalklemme PS2 bzw. P53 ein wesentlich stärkeres,
einen intakten Schwellwertschalter mit Sicherheit zum Ansprechen bringendes Gleichstromsignal
gelegt wird, worauf bei intakten Schwellwertschalter eine entsprechende Signaländerung
an der Abfragesignalklemme AS2 bzw. 183 erscheinen müßte. Die im Zusammenhang mit
dem Schwellwertschalter 8 beschriebenen Prüfmöglichkeiten gelten natürlich in gleicher
Weise für die übrigen Schwellwertschalter 9 und 10 und bestehen ebenso für die in
den übrigen Kontrollgliedern KK2 und KK3 angeordneten Schwellwertschalter ##.
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In zu dem Kontrollglied KK1 sind noch Anzeigelampen 11, 12 und 13
vorgesehen, welche in Reihe mit Widerständen und Kontakten a,' b, c der Relais d,
3, C in Reihe an der negativen Speisegle ichspannung - U liegen. lbfragesignalklemmen
185 bis AS7 dienen zur Überwachung der Funktionsbereitschaft der Anzeigelampen bzw.
der Überprüfung einer ordnungsgemäßen Kontaktgabe der Kontakte a, b, bzw. c nach
einem gewollt herbeigeführten Ansprechen eines der Schwellwertschalter 8 bis 10.
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Wesentlich bei dieser Funktionsprüfung der Schwellwertschalter 8 bis
10 sackt der ihnen nachgeordneten Relais A, 3, O ist, daß diese den normalen Betrieb
des mehrkanaligen Regelsystems völlig unbeeinflußt läßt, dadurch die Prüfsignale
Jeweils hur ein einziger Schwellwertschalter zum Ansprechen gebracht wird und somit
auch nur einer der kontakte a, b oder c betätigt wird.
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Durch die Verwendung der Entkoppelverstärker 5 bis 7 ist auch keine
störende Beeinflussung der in den anderen Regelsträngen wirkenden Kontrollglieder
KK2 und KK3 zu erwarten.
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Im Kontrollglied KK1 ist weiterhin eine Prüfsignalklemme PS1 vorgesehen
sur Einspeisung eines Wechselstromsignais von so hoher Frequenz, daß die Regelatrecke
diesem nicht zu folgen vermag und dieses somit die Regelung nicht beeinflußt. Wenn
an der mit dem Ausgang des Impedanzwandlers 4 verbundenen Abfragesignalklemme 181
bei Einspeisung mit einem solchen Mittelfrequenzsignal nun eine diesem gleichfrequente
Wechselspannungskomponente erscheint, deren Amplitude jedoch nur den dritten Teil
der Amplitude der eingespeisten Spannung beträgt, dann arbeitet der Mittelwertbildner
ordnungsgemäß. Auf diese Weise kann also auch die Mittelwertbildung auf ihre funktionsgerechte
Arbeitsweise überprüft werden.
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In Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau des an die Klemmen PS1 bis PS7
und AS1 bis 187 anzuschließenden Prüfgerätes veranschaulicht. Im dargestellten Beispiel
soll eine Funktionsüberwachung des Kontrollgliedes KK1 erfolgen.
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Das Prüfgerät 14 besteht im wesentlichen aus einem von den Ausgangsimpulsen
eines Taktgebers 15 weitergeschalteten Schrittschaltwerk 16 dessen Ausgangssignale
nach einer festlegbaren Relhenfolge einzelne Schalter einer nur
symbolisch
dargestellten Schalteranordnung 17 betätigen, welche - - - mit den Klemmen einerseits
mit 18 und 19 bezeichnete Prüfsignalquellen/PS1 bis PS7 verbinden und andererseits
Abfragesignalklemmen 131 bis 157 mit verschiedenen Grenzwertmeldern, womit dann
die sich bei den einzelnen Elementen als Reaktion auf die diversen Prüfsignale ergebenden
Schaltzustände abgefragt und so die Funktionstüchtigkeit des betreffenden Bauteiles
überprüft werden kann. Ein am Ausgang der Grenswertmelderanordnung 20 auftretendes
Pehlersignal P deutet auf ein fehlerhaftes Bauteil hin, welches dann bei sofortigem
Anhalten des Schrittschaltwerkes - beispielsweise durch Unterbrechung der Weiterschaltimpulse
des Tektgebers 15 - ohne weiteres lokalisiert werden kann. Bei der Prüfsignalquelle
18 kann es sich um einen üblichen rotierenden oder auch statischen Mittelfrequenzgenerator
handeln, dessen Ausgangssignal nacheinender den Prüfsignalklemmen PS1 der Kontrollglieder
Kgl, KK2 und KK3 zugeführt wird, so daß damit alle drei Eingänge des in der Kontrollstufe
KK1 befindlichen Mittelwertbildners überprüfbar sind. Die Prüfsignalquelle 19 liefert
Gleichspannungsimpulse, welche über Schalter einmal in voller Höhe und einmal mit
durch einen Spannungsteiler aus den Widerständen 21 und 22 verminderter Amplitude
über Schalter an die Prüfsignalklemmen PS2 bis PS 7 des Kontrollgliedes EEt weitergegeben
werden.
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Fig. 3 zeigt eine für die Zwecke der leichten Überprüfbarkeit bevorzugte
Ausführungsform der Schwellwertschalter 8 bis 10. Diese entsprechen von ihrer Funktion
her betrachtet den Dreipunktschaltern der Hauptanmeldung, sollen also beim Überschreiten
eines bestimmten1 symmetrisch zum Bezugspotential, liegenden Schwellwertbereiches
ein Ansprechen eines Relais bewirken, wobei es bei der in Fig. 3 dargestellten Äusführungsform
als Vorteil anzusehen ist, daß
das Auegangssignal des Schwellwertschalters
für jede Polarität eines die Ansprechwellen übersteigenden Eingangssignals ein und
dieselbe Polarität aufeist, was die Abfrage wesentlich vereinfacht. Im einzelnen
besteht der Schwellwertschalter aus einem Differenzverstärker 23 zwischen dessen
beiden mit - und + bezeichneten Eingänge zwei in Reihe geschalteten Dioden 24 und
25 geschaltet sind. Die Dioden 24 und 25 sind an zwei Jeweils aus den Widerständen
26 und 27 bestehenden Spannungsteilern angeschlossen und damit in Durchlaßrichtung
vorgeflutet. Der Eingang des Differenzverstärkers 23 ist damit mit einer der Summe
der Schleusenspannungen der beiden Dioden 24 und 25 entaprechenden Singangsspannung
so beaufschlagt, daß ein Ausgangseignal seinen maximalen positiven Wert einnimmt
und damit das dem Differenzverstärker 23 nachgeordnete Relais d zum Ansprechen bringt.
Die Anode der Diode 25 ist über einen Widerstand 28 mit dem Ausgang eines weiteren
Differenzverstärkers 29 verbunden, welcher den Eingangskreis des Schwellwertschalters
8 bildet. Für den Fall, daß zwischen seinen beiden mit 50 und 31 bezeichneten Eingangeklemmen
keine Spannung erscheint, weist der ausgang des Differenzverstärkers 29 Eull- bzw.
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Bezugsotential auf und der Ausgang des Differenzverstärkers 23 hat,
wie zuvor beschrieben, seinen maximalen positiven Wert. Oberschreitet jedoch das
Ausgangssignal 29, ausgehend von Null- bzw. Bezugspotential den Wert der Schleusenspannung
einer der Dioden 24 oder 25 in der einen oder anderen Richtung, dann wird eine dieser
Dioden gesperrt und die Polarität des am Eingang des Differenzverstärkers 23 herrschenden
Eingangssignals kehrt sich um, worauf hin das Ausgangssignal des Differenzverstärkers
23 s seinen maximalen negativen Wert einnimmt und dieser Zustand durch eine über
einen Relaiskontakt 32 und eine Diode 33 führenden Mitkopplungsweg aufrechterhalten
bleibt bis durch Öffnen des
Kontaktes 32 nach einer entsprechenden
Befehlsgabe im Prüfgerät diese Selbsthaltung aufgelöst wird. Da die uaxixale negative
Ausgangsspannung des Verstärkers 23 nur geringzügig kleiner ist als die Speisespannung
- U und zudem in der Verbindungsleitung zwischen dem Differenzverstärker 23 und
des Relais 1 eine Zenerdiode 34 vorgesehen ist, wird dasRelais A beim maximalen
negativen Wert der Ausgangsspannung des Verstärkers 23 abfallen. Eine Freiaufdiode
35 dient dabei zur Verhinderung von scbädlichen Überspannungen 6 Patentansprüche
3 Figuren