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Schaltungsanordnung zur flberwachung der Ausgangssignalspannung von
Sianalgebern -In der elektronischen Steuer- und Regeltechnik erhalten die signalverarbeitenden
Steuerbausteine bzw. -bausteingruppen ihre Steuerbefehle aus Befehlsgebern, deren
Ausgangssignale - je nach dem Steuerzustand des Gebers - Gleichspannungen entweder
hohen oder niedrigen Spannungsniveaus relativ zu einer Bezugspannung sind. Das hohe
Spannunspotential (L-Signal) wird in der Regel im Einschaltzustand des Gebers bzw.
Schalters verausgabt und entspricht etwa der positiven Betriebsspannung der vorgesehenen
Stromversorgung. Das niedrigere Spannungspotential (O-Signal) wird im Ausschaltzustand
des Gebers von dessen Ausgangsklemme abgegeben und entspricht etwa dem Bezugspotential
der Stromversorgung. Bei fehlerfreiem Aufbau des Signalgebers führt somit dessen
Ausgang bzw. der an diesen Ausgang angeschlossene Eingang der nachgeschalteten signalverarbeitenden
Steuerbausteine stets entweder L-Signal oder O-Signal. Ist die Verdrahtung im Innern
des Signalgebers oder die Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des Signalgebers
und dem Eingang der nachfolgenden Steuerung unterbrochen, liegt also Drahtbruch
vor, dann erhält der Eingang der nachfolgenden Steuerung weder O-Signal noch L-Signal,
was unzulässig ist, weil dieser "potentialfreie", offene Steuerzustand gegebenenfalls
schwerwiegende Folgen nach sich ziehen könnte.
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Ein solcher irregulärer potentialfreier Steuerzustand am Ausgang eines
Signalgebers könnte bei Verwendung von kontaktbehafteten Gebern auch dann eintreten,
wenn dessen Umschaltkontakt, der im einen Steuerzustand stets Betriebspotential
und
im anderen Steuerzustand stets Bezugspotential führt, aufgrund mechanischer Defekte
in einer Zwischenstellung hängen bleibt oder - durch Kontaktverschmutzungen bzw.
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Fremdkörper im Kontaktbereich - eines dieser beiden Steuerpotentiale
nicht abgreifen kann.
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Die Erfindung befaßt sich deshalb mit der Aufgabe, die Signalzustände
am Ausgang von Signalgebern, die an eine nachfolgende Steuerung angeschlossen sind,
zu überwachen und im Fehlerfalle, d.h. bei potentialfreiem Ausgang (Drahtbruch)
den Fehler anzuzeigen sowie gegebenenfalls die nachfolgende Steuerung eingangsseitig
entweder mit einem Dauer-L-Signal oder mit einem Dauer-O-Signal zu belegen, je nachdem
welches der beiden Signale die nachfolgende Steuerung in ihre sichere Betriebsweise
zu steuern vermag.
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Die Schaltungsanordnung für den Drahtbruchüberwachungsschutz besteht
erfindungsgemäß darin, daß die Ausgangssignalspannung des Gebers dem Eingang eines
Netzwerkes zugeführt wird, in welchem die vermittels eines Spannungsteilers geteilte
Signalspannung des Gebers über eine Signalumkehrstufe und einen weiteren Widerstand
sowohl dem zur Fehlererkennung dienenden Netzwerkausgang zugeführt als auch über
eine in Flußrichtung gepolte Diode auf den Netzwerkeingang zurückgeführt wird.
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Die Erfindung sei nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher
erläutert.
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In der Fig. 1a ist der Eingangsbefehlsgeber G als Schalter mit einem
Umschaltkontakt u symbolisiert. Der bewegbare Kontaktarm u, der beispielsweise durch
einen Schaltnocken betätigt sein könnte, liegt im ausgesc5al+eten Zustand des
Gebers
G auf dem Bezugspotential Mp der Steueranlage, so daß in diesem Betriebszustand
des Gebers G an seinem Ausgang O-Signal ansteht. Wird der Geber G in den Einschaltzustand
versetzt und hierzu der Umschaltkontaktarm u in seine andere Betriebslage umgesteuert,
so liegt der Schaltarm u auf poåtivem Betriebspotential P und der Ausgang g des
Gebers G führt L-Signal. Je nach dem Arbeitszustand des Gebers G liegt somit am
Eingang der nachgeschalteten Steuerung St stets das am Ausgang g des Gebers anstehende
Steuersignal (L-Signal oder O-Signal). Würde der bewegbare Kontaktarm u des Gebers
G während eines Schaltvorganges seines ihm zugeordneten (nicht dargestellten) Nockens
in einer gestrichelt dargestellten Zwischenposition stehen bleiben oder wäre die
Verbindung zwischen dem Kontaktarm U und dem Ausgang g unterbrochen, so wäre die
Steuerung St eingangsseitig weder durch ein O-Signal, noch durch ein L-Signal belegt,
sondern potentialfrei, was nicht zulässig ist, da sich undefinierte und unbeabsichtigte
Folgen ergeben könnten. Dergleiche Fehler tritt auch auf, wenn zwischen dem Ausgang
g des Gebers G und dem Eingang der Steuerung St ein Drahtbruch vorliegt.
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Um einen Drahtbruch solcher Art zum mindesten erkennbar zu machen,
ist ein Netzwerk N vorgesehen, das mit seinem Eingang E an die Verbindungsleitung
zwischen dem Ausgang g des Gebers G und dem Eingang der Steuerung St, und zwar vorzugsweise
unmittelbar an die Eingangssignalklemme der Steuerung St, angeschlossen ist und
über seinen Ausgang c ein Fehler meldesignal (L-Signal) verausgabt, wenn die Verbindungsleitung
zwischen Geber G und Steuerung St unterbrochen und damit der Eingang der Steuerung
St potentialfrei geworden ist. Bei ordnungsgemäßer und betriebsfähiger Anlage dagegen
- wenn also O-Signal oder L-Signal am Eingang der Steuerung St anstehen -, führt
der Ausgang c des Netzwerkes N stets O-Signal.
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Das Netzwerk N zur Drahtbruchüberwachung enthält einen Spannungsteiler
aus zwei hintereinandergeschalteten Widerständen R1 und R2, von denen das freie
Ende des Widerstandes R1 mit der Eingangsklemme E und das freie Ende des Widerstandes
R2 mit dem Bezugspotential Mp verbunden ist.
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Ist der Ausgang g des Gebers G mit dem Eingang E des Netzwerkes N
verbunden, so liegt die Ausgangssignalspannung des Gebers G am Spannungsteiler R1/R2.
Die am Verbindungspunkt a des Spannungsteilers anstehende geteilte Geberausgangssignalspannung
wird über eine Signalumkehrstufe U1 geführt, deren Ausgang b somit ein gegenüber
ihrem Eingang a invertiertes Signal führt. Dieses invertierte Signal steht über
den Widerstand R3 am Ausgang c des Netzwerkes N zur Verfügung.
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Die am Ausgang c vorhandene Signalspannung wird überdies über die
Diode D1 auf den Eingang E des Netzwerkes N zurückgeführt.
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Führt der Ausgang g des Gebers G und damit der Eingang E des Netzwerkes
N O-Signal, liegt also der Umschaltkontakt u des Gebers G auf Bezugspotential Mp,
dann führt der Eingang a der Signalumkehrstufe U1, die durch ein Nor- oder Nandgatter
realisiert sein kann, über die so gebildete Parallelschaltung des hochohmigen Widerstandes
R1 und des niederohmigen Widerstandes R2 O-Signal, und am Ausgang b der Signalumkehrstufe
Ul steht L-Signal an. Damit aber fließt über den Widerstand R3 und die in Flußrichtung
gepolte Diode D1 Strom zum Bezugspotential Mp ab, so daß am Ausgang c des Netzwerkes
N O-Signal erscheint.
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Führt der Ausgang g des Gebers G L-Signal, liegt also der Umschaltkontaktarm
u des Gebers auf Betriebspotential P, dann liegt dieses L-Signal auch am Eingang
a der Signalumkehrstufe U1, und deren Ausgang b führt O-Signal, weiches auch am
Ausgang c des Netzwerkes N erscheint, weil bei diesem Spannungszustand der Ausgang
c durch die jetzt in Sperrichtung gepolte Diode D1 vom Netzwerkeingang E entkoppelt
ist.
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Führt der Ausgang g des Gebers weder L-Signal noch O-Signal ist er
also potentialfrei, dann liegt ein Fehler vor, der einem Drahtbruch oder einem Kontaktfehler
im Geber G entspricht. In diesem Fall führt der Eingang E des Netzwerkes N zwar
ebenfalls keine Signalspannung, aber der Eingang a der Signalumkehrstufe Ul liegt
über den niederohmigen Widerstand R2 auf Bezugspotential Mp, was einem O-Signal
am Eingang a entspricht und ein L-Signal am Ausgang b der Signalumkehrstufe U1 hervorruft.
Demgemäß fließt über den Widerstand R3hnd die Diode D1 ein Strom über den Widerstand
R1 zum Spannungsteilerverbindungspunkt a und über den Widerstand R2 zum Bezugspotential
Mp ab. Ist der Widerstand R1 genügend hochohmig gegenüber dem Widerstand R2, so
wird dadurch das Potential am Punkt a nur geringfügig angehoben, ohne daß das L-Signal
am Ausgang b der Signalumkehrstufe U1 bzw. am Ausgang c des Netzwerkes N verändert
wird.
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Die Signalzustände am Eingang a der Signalumkehrstufe Ul, an deren
Ausgang b und am Ausgang c des Netzwerkes N sind in der Pig. ib in Abhängigkeit
von der Stellung demschalters u des Gebers G veranschaulicht, und zwar für den Fall,
daß der Umschalter u das Bezugspotential Mp oder das Betriebspotential P abgreift
bzw. keines dieser Potentiale (o- offen) führt.
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Die abfragbare Spannungsdifferenz am Umschalter u des Gebers G soll
größer sein als die für die Ansteuerung der Signalumkehrstufe Ul erforderliche Signalspannung.
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Um bei der Abfrage des Netzwerkes N an seinem Ausgang c, der - wie
sich der Tabelle nach Fig. id entnehmen läßt -nur bei Drahtbruch am oder im Geber
G L-Signal führt, den Ausgang c rückwirkungsfrei belasten zu können, ist in der
Fig. 2a eine dem Netzwerk N nachgeschaltete Auswertschaltung A vorgesehen. Diese
Auswertschaltung enthält einen Transistorverstärker
V, bei dem
die Transistorbasis über eine die Basis-Emitter-Schwellspannung erhöhende Diode
D2 mit dem Ausgang c des Netzwerkes N verbunden ist, der Emitter des Transistors
auf Bezugspotential Mp liegt und der Kollektor des Transistors über seinen Kollektorwiderstand
R4 mit dem Betriebspotential P* weiterer Signalumkehrstufen U2 - U4 verbunden ist.
Das am Kollektor des Transistors anstehende Ausgangssignal wird vermittels der Signalumkehrstufe
U2 invertiert und der Ausgangsklemme f zugeführt. Der Ausgang b der Umkehrstufe
U1 des Netzwerkes N ist mit dem Eingang einer weiteren Signalumkehrstufe T 3 verbunden,
deren Ausgang zur Klemme e führt. Schließlich ist noch eine weitere Signalumkehrstufe
U4 mit zwei Eingängen vorgesehen, von denen der eine an den Ausgang des Verstärkers
V und der andere an den Ausgang b der Signalumkehrstufe U1 angeschlossen ist; der
Ausgang der Umkehrstufe U4 führt zur Ausgangsklemme e.
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Die Arbeitsweise der Auswertschaltung A veranschaulicht die Tabelle
gemäß Fig. 2b. Daraus ist erkennbar, daß der Ausgang f der Auswertschaltung A stets
einen dem Ausgang c des Netzwerkes N entsprechenden Signalzustand hat. Am Ausgang
f kann somit das Fehlersignal (Signal bei offenem Eingang E) abgenommen und z.B.
in einer Alarmstufe ausgewertet werden.
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Die Ausgänge d und e der Auswertschaltung A gewährleisten, daß die
hier anstehenden Ausgangssignale jeweils dem Eingangssignal am Eingang E des Netzwerkes
N entsprechen. Darüber hinaus ist sichergestellt, daß am Ausgang d bei Drahtbruch
im Eingangsbereich ein Dauer-O-Signal und am Ausgang e ein Dauer-L-Signal ausgegeben
wird. Damit kann jeweils sichergestellt werden, daß die nachfolgend angeschossene
Steuerung St im Drahtbruchfall stets in die sichee Besriebslage gesteuert werden
kann, je nachdem ob dies sievere Betriebslage
durch ein L-Signal
oder ein O-Signal am Eingang der Steuerung St erreicht wird.
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Ist lediglich eine Gefahrenmeldung bei offenem Eingang E gefordert,
so genügt es, lediglich das Netzwerk N (Fig. la) eingangsseitig an einen Abzweig
der Steuerleitung zwischen Geberausgang G und Steuerung St anzuschließen und das
Fehlersignal am Ausgang c des Netzwerkes N auszuwerten.
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Soll dagegen der Ausgang c rückwirkuqsfrei belasthar sein, so wäre
das Netzwerk N durch die Auswertschaltung A nach Fig. 2a zu ergänzen. In diesem
Falle kann die Kombination aus Netzwerk N und Auswertschaltung zu einem Kompaktbaustein
vereinigt sein, der in den Signalleitungszug zwischen-Geber G und den signalverarbeitenden
Bausteinen St einbezogen ist.
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Das Netzwerk N und die Auswertschaltung A können aus diskreten Bauelementen
aufgebaut sein oder als integrierte Schaltkreise realisiert werden.
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7 Patentansprüche 2 Figuren