Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE-OS 15 37 532 bekannt Bei der dort beschriebenen »m aus
»n-Schaltung werden von einem Impulserzeuger Impulsmuster
geliefert, deren Auswertung am Ausgang der Auswahlschaltung eine Angabe über den Zustand
der Signalkanäle mit Unterscheidung, ob »1 aus 3«- oder »2 aus 3«-Zustand vorliegt, ermöglicht. Wegen ihres
komplizierten Aufbaues ist die bekannte Schaltungsanordnung aber aufwendig und störanfällig.
Ferner sind aus den VDI/VDE-Richtlinien 2180,
Blatt 2, »Sicherung von Anlagen der Verfahrenstechnik, Möglichkeiten der Signalverarbeitung«, Oktober 1967,
ebenfalls Schaltungsanordnungen bekannt, die eine um aus /!«-Auswahl durchführen.
De- Erfindung liegt, ausgehend von einer solchen Anordnung, die Aufgabe zugrunde, die Anordnung so zu
gestalten, daß die Ausgangssignale von Grenzwertge-
bern mit einem Minimum an Bauelementen und einem Maximum an Sicherheit überwacht werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst Gegenüber der bekannten »2 aus 3«-AuswahlschaI-
J5 tung kann die Einzelfehlererkennung mit dieser
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand realisiert werden. Ferner ist
die Schaltung gegen auftretende Kurzschlüsse und fehlerhaft auftretende Unterbrechungen an Bauelementen
durch eine sofortige Abschaltung gesichert
Diese Anordnung ist so ausgebildet, daß bei Ausfall des Signals eines oder zweier der Grenzwertgeber ein
Fehler angezeigt wird. Dabei wird vorausgesetzt daß der oder die Grenzwertgeber bei Überschreiten der
Grenzwerte keine Größe mehr abgeben.
Der erfindungsgemäße Baustein wird dann besonders einfach, wenn für die logischen Grundelemente
(»UND«-Torschaltungen, »ODER«-Torschaltungen) Schaltungsanordnungen verwendet werden, die nicht
w mit statischen Signalen, sondern mit Impulsfolgen angesteuert werden und bei denen der Ausfall der
Impulsfolge am Ausgang als »Fehler« angezeigt ist.
Ein besonders einfaches logisches Grundelement für eine »UND«-Torschaltung weist einen Transistor auf,
dessen Basis von einer Wicklung eines Magnetschaltkernes angesteuert ist, der zwei weitere Wicklungen
aufweist, denen die beiden zu verknüpfenden Größen als phasenverschobene Impulszüge zugeführt sind.
Dann wird nämlich der Magnetschaltkern von den
w) beiden zu verknüpfenden Impulszügen in einem
Magnetisierungszustand laufend hin und her geschaltet, so daß in der die Transistorbasis ansteuernden Wicklung
des Magnetschaltkernes ebenfalls ein Impulszug induziert wird, der verstärkt zur weiteren Verarbeitung am
h5 Kollektor des Transistors abgenommen werden kann.
Diese eben geschilderte »UND«-Torschaltung kann auf einfache Weise zur Überwachung einer »ODER«-
Torschaltung betrieben werden, wenn die zu verknüp-
fenden phasenverschobenen Impulszüge in einem Additionsnetzwerk vereinigt werden und jede Eingangsgröße dieses Additionsnetzwerkes über Wicklungen von Magnetschaltkernen geführt wird, so daß alle
Eingangsgrößen eine »UND«-Verknüpfung bilden.
In vorteilhafter Weise werden zur Unterdrückung der
Abschaltung durch die »2 aus 3«-AuswahlschaJtung d.ir
»ODERw-Tortchaltung weitere Impuiszüge zugeführt
Der erfindungsgemäße Baustein erlaubt es also, sehr
vielfältige Sicherheitsschaltungen mit den verschiedensten Sicherheitsgraden aufzubauen, ohne daß der
Baustein selbst variiert werden müßte. Hierdurch ergeben sich große fertigungstechnische Vorteile. Wenn
man dann noch die Fehleranzeige und/oder die Abschaltanzeige auf dem Baustein selber anordnet, so
kann das Wartungspersonal sofort sehen, an welcher Stelle oder in welchem Baustein ein Fehler aufgetreten
ist und den Baustein ohne größere Verzögerungen auswechseln, so daß auch die Wartung einer Sicherheitsschaltung, die aus erfindungsgemäßen Bausteinen
aufgebaut ist, stark vereinfacht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild für einen erfindungsgemäßen Baustein,
F i g. 2 eine Schaltungsanordnung für die Realisierung des Blockschaltbildes nach F i g. 1,
F i g. 3 ein Diagramm der in der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 auftretenden Impulse,
Fig.4, 5 u. 6 Beispiele für eine Kombination der
Bausteine für eine Sicherheitsschaltung.
Anhand von Fig. 1 wird das logische Blockschaltbild
eines Bausteines erläutert, der eine kombinierte »1 aus 3«- und »2 aus 3«-Verknüpfung durchführt Jedem Eingang El, £2, £3, EH, Ep, Vas, E wird ein
entsprechendes Eingangssignal SEI, SE2, S£3, SEH,
SEp, SVas, SE zugeführt An den Ausgängen A, AH, Ap stehen dann die Impulse SA, SAHund SApan.
Es sind drei »UND«-Torschaltungen Ki, K 2 und K 3
vorgesehen, denen über die Eingänge El, £2 und E3
die drei Eingangssignale SEI, SE2 und S£3 jeweils paarweise zugeführt werden. Diese drei Eingangssignale liegen als phasenverschobene Impulszüge vor. Die
Ausgänge der drei »UND«-Torschaltungen Ki, K 2
und K 3 werden sowohl einer »ODERw-Torschaltung
Oi als auch zwei »UNDw-Torschaltungen K 4, KS
zugeführt die gleichzeitig eine Überwachung dieser drei Eingänge der »ODER«-Torschaltung ermöglichen. Die
beiden weiteren Eingänge EH und Vas werden nicht an dieser Stelle überwacht Die Ausgänge der zwei
»UND«-Torschaltungen Ki und K 2 werden den beiden Eingängen der »UND«-Torschaltung K 4 zugeführt, deren Ausgang mit einem Eingang einer
»UND«-Torschaltung KS verbunden ist Der andere Eingang der »UND«-Torschaltung KS wird vom
Ausgang der »UNDw-Torschaltung K 3 angesteuert.
Fällt von den Signalen SEI, S£2 oder SE3 auch nur
ein einziges Signal aus, so kann nur noch eine der drei »UND«-Torschaltungen Ki, K 2 oder K3 ein Signal
abgeben. Das bedeutet, daß das Signal an der »UND«-TorschaWung K 5 verschwinden muß, während
am Ausgang der1 »ODERw-Torschaltung O 1 noch ein
Signal anliegt. In den »UND«-Torsehaltungen Ki bis
K 5 wird daher eine »1 aus 3<<-Auswahl durchgeführt.
Die vier logischen Grundelemenle, nämlich die drei »UND«-Torschaltungen K 1 bis K3 und die »ODER«-
Torüchaltung O 1 fuhren dagegen die »2 aus 3«-Auswahl durch, da das Signal am Ausgang der »ODER«-
Torschaltung Oi erst dann verschwindet, wenn
wenigstens zwei der drei Signale SEi bis S£3 verschwunden sind.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 weist noch zwei »UNDtt-Torschaltungen K 6 und K 7, zwei
Bausteine Fi und F2 sowie noch eine >>ODER«-Torschaltung O 2 auf. Diese Bestandteile der Schaltungsanordnung dienen dazu, fehlersicher nachzuweisen, ob der
Signalzug am Ausgang der »UND«-Torschaltung K 5
und am Ausgang der »ODER«-Torschaltung Oi vorhanden ist oder nicht Hierzu wird der Ausgang der
»UND«-Torschaltung KS durch die »ODER«-Torschalt'ing O 2 hindurch dem einen Eingang der
»UNDtt-Torschaltung K 6 zugeführt, deren anderer
Eingang mit Prüfimpulsen SEp beaufschlagt wird. Fällt der Impulszug am Ausgang der »UND«-Torschaltung
K 6 weg, so wird im Baustein Fi ein Warnsignal ausgelöst
Auf gleiche Weise wird der Ausgang der »ODER«- Torschaltung Oi mit Hilfe der »UND«-Torschaltung
K 7 überprüft, die mit Impulszügen SEbeaufschlagt ist.
Die »ODER«-Torschaltung O 2 ist an sich nicht
notwendig. Sie dient dazu, das Signal SVas dem einen Eingang der »UNDw-Torschaltung KS zuzuführen, das
auch der »ODER« Torschaltung Oi zugeführt wird.
Die Bedeutung des Signals SVas und auch des Signals S£f/wird später noch erläutert
Die Schaltungsanordnung ist so ausgebildet, daß sowohl bei Kurzschluß als auch bei fehlerhaft
auftretender Unterbrechung an Bauelementen sowie beim Auftreten von Kurzschlüssen gegen Erdpotential
bzw. die Versorgungsspannung in jedem Fall eine Abschaltung erfolgt
Die Fig.2 zeigt, wie das logische Blockschaltbild
nach F i g. 1 mit bekannten Schaltungsanordnungen aufgebaut werden kann. Die drei »UN D«-Torschaltungen Ki bis K 3 aus F i g. 1 bestehen aus den drei
Speicherschaltkernen Ki, K 2 und K 3 mit jeweils drei
Wicklungen Wl, W2 und W3, den drei Transistoren
Ti, T2 und T3 und den Widerständen R 1, R 2 und R 3,
die die Arbeitswiderstände für die jeweiligen Wicklungen Wl, W2 sind. Die drei Eingangssignale S£l, SE2
und 5£3 werden diesen drei »UND«-Torschaltungen in Form phasenverschobener Impulszüge paarweise zugeführt Die Ausgangsgrößen der drei »UND«-Torschaltungen Ki, K 2 und K 3, die an den Kollektoren der drei
Transistoren Tl, 7"2 und T3 auftreten, werden in den
»UNDw-Torschaltungen K4 und KS verknüpft, die
wieder aus je einem Magnetschaltkern mit Wicklungen Wl, W2, W3 und den Transistoren Γ4 und TS
bestehen. Wie man aus der F i g. 2 entnehmen kann, werden die Ausgangsgrößen der »UNDw-Torschaltungen K i und K 2, die an den Kollektoren der
Transistoren Ti und 7*2 anstehen,den Wicklungen Wl
und W2 der »UNDw-Torschaltung K 4 zugeführt, die
ihrerseits ihr am Kollektor des Transistors TA anstehendes Ausgangssignal an die Wicklung W2 der
»UND«-Torschaltung K 5 abgibt.
Wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 erläutert, gibt die »UND«-Torschaltung K 5 dann kein Signal mehr ab,
wen? auch nur eines der Eingangssignale SEI, SE2
oder SE3 ausfällt. Um dieses fehlersicher zu prüfen, wird die Ausgangsgröße des Transistors Γ5 zum
Ausgang AH über die Wicklung Wl auf dem Magnetschaltkern der »UNDw-Torschaltung K6 geführt, deren Wicklung W2 mit den Prüfimpulsen SEp
beaufschlagt ist. Dadurch wird beim Auftreten eines Fehlers der Impulszug am Ausgang Ap verschwinden.
Diese Prüfimpulse SEp können einem Taktgenerator entnommen werden oder auch aus einem anderen
Baustein stammen. Mit der »UND«-Torschaltung K 6 wird durch die Art der Schaltung der Ausgang AHund
somit der Eingang EH der »ODER«-Torschaltung C1
eines anderen Gerätes (F i g. 5) mitüberwacht Im Block Fl wird dann beim Ausfall der Ausgangsgröße des
Transistors T% ein Warnsignal ausgelöst
Die »ODER«-Torschaltung 01 aus F i g. 1 ist in der
Schaltungsanordnung nach Fig.2 als passives Netzwerk ausgebildet worden. Wie man sieht liegt an der
Wicklung Wl auf dem Magnetschaltkern einer »UND«-Torschaltung K 7 immer dann ein Impulszug
an, wenn entweder der Transistor TX der »UND«-Torschaltung K ί (über Wl von K 4) oder der Transistor ii
T2 der »UND«-Torschaltung KI (über W2 von KA)
oder der Transistor T3 der »UNDtt-Torschaltung K 3
(über Wl von AC 5) oder der Eingang EH oder Vas einen
Impulszug führt Da der Wicklung W2 des Schaltkernes
K 7 ein Impulszug SE zugeführt wird, der gegen alle 2»
möglichen Phasenlagen des Impulszuges am Eingang von Wl der »UND«-Ton»,haltung K 7 phasenverschoben ist wird in der »UND«-Torschaltung K7 in
Verbindung mit dem Block Fl das Vorhandensein eines
Signals am Ausgang der »ODER«-Torschaltung 01 auf
die gleiche Weise überwacht, wie es in Verbindung mit der »UND«-Torschaltung K 6 und dem Block Fl
bereits beschrieben wurde.
In einer Anlage können nun Betriebszustände auftreten, bei denen kein einziger der zu überwachenden Parameter seinen Sollwert erreicht hat, so daß ein
Fehier angezeigt und eine Abschaltung ausgelöst wird. Ein solcher Betriebszustand liegt beispielsweise beim
Anfahren einer Anlage vor. Um in diesem Fall eine Abschaltung zu vermeiden, wird den beiden »ODER«- »
Torschaltungen 01 und O 2 aus Fi g. 1 das Signal SVas
zugeführt, das abgeschaltet wird, wenn die Betriebsparameter ihre Sollwerte erreicht haben. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 gelangt das Signal SVas
über einen Widerstand R 9 an die Wicklung WX des "<
> Magnetschaltkerns der »UND«-Torschaltung K 7 und über den Transistor 7"8 und einen Widerstand R10 an
die Basis des Transistors Γ5 der »UND«-Torschaltung K 5, von der die Wicklung WX der »UND«-TorschaI-tung K 6 angesteuert wird. Da den beiden »UND«-Tor-
schaltungen K 6 und K 7 die Impulszüge SEp und SE zusätzlich zugeführt werden, liegt an den Ausgängen
dieser beiden Torschaltungen ein Signalzug an, so daß weder eine Fehleranzeige noch eine Abschaltung
erfolgt Der Signaleingang EH wird benötigt wenn aus so
Bausteinen nach Fig.2 größere Schutzschaltungen zusammengestellt werden.
Die F i g. 3 ist ein Impuisdiagramm und zeigt wie die verschiedenen Impulse geräteintern und an den
Ausgängen AH, Ap und A auftreten, wenn die Eingangsimpulszüge SEX, SE2, SE3, SEp und S£die
angegebene Phasenlage aufweisen und der Wicklungssinn der Steuerwicklungen der Magnetschaltkerne so
gewählt ist wie es durch Punkte in F i g. 2 angedeutet ist
In der Fig.4 ist ein Beispiel einer größeren «·
Sicherheitsschaitung, einer sog. Abschaltkette dargestellt die mit den erfindungsgemäßen Bausteinen
zusammengestellt werden kann. Mit dieser Sicherheitsschaltung können zwei Meßgrößen über je drei
Grenzwertgeber überwacht werden, und auch die *>5
Sicherheitsstränge sind dreifach ausgeführt
Zwei Bausteine AWXX und AW2X bilden den ersten
Sicherheitsstrang, bestehend aus Prüf- und Abschaltstrang. Der zweite Sicherheitsstrang wird von den
Bausteinen AW12 und AW22 und der dritte Sicherheitsstrang wird von den Bausteinen A W13 und A W23 '■
gebildet Ein Taktgeber TK X versorgt die Grenzwertgeber GIl, G21 sowie die Eingänge E und Ep des
ersten Bausteines AWIl des ersten Sicherheitsstranges. Die Grenzwertgeber G12 und G 22 sowie die
Eingänge E und Ep des ersten Bausteines des zweiten Sicherheitsstranges A W12 werden vom Taktgebei
TK 2 versorgt Die Versorgung der Grenzwertgeber G13 und G 23 sowie der Eingänge E und Ep des
Bausteines A WX3 erfolgt durch den Taktgeber 7X3.
Wird nun beispielsweise der am Grenzwertgeber GJl eingesieiite Wer« überschriiten, so fallen die
Impulszüge an den Eingängen der Bausteine A W11,
A W12 und A W13 aus, so daß der Prüfzweig einen
»Fehler« anzeigt Es erhalten nämlich die Bausteine A W2X, A W22 und A W23 keine Prüfimpulse mehr, da '
die Prüfimpulse SEp für diese Bausteine von den Ausgängen Ap der vorgeschalteten Bausteine abgenommen werden. Die Fehleranzeige erfolgt einmal über
die Blöcke Fl der einzelnen Geräte und zum anderen fehlersicher in den Ausgabegeräten Λ 11, Λ 12 und Λ 13.
Wird nun beispielsweise der an einem Grenzwertgeber der Meßgröße 2 eingestellte Grenzwert überschritten,
so ändert sich der Zustand der Anzeige nicht. Es wird \ also noch keine Abschaltung ausgelöst Erst dann, wenn
von der gleichen Meßgröße ein zweiter Grenzwertgeber den eingestellten Wert überschreitet erfolgt eine
Abschaltung, wie es in Verbindung mit F i g. 2 bereits beschrieben wurde, und zwar über die Blöcke RA XX,
RA Yl und RA 13. Man kann auf Wunsch auch die
Ausgänge der Blöcke AMIl, RA 12 und RA X3 noch nach einem »2 aus 3«-Verfahren verknüpfen. '(
F i g. 5 zeigt als Beispiel, wie mit vier erfindungsgemäßen Bausteinen eine »3 aus 6«-Verknüpfung durchgeführt werden kann. Eine Meßgröße wird von sechs
Grenzwertgebern G 31 bis G 36 überwacht. Sprechen jetzt beispielsweise die beiden Grenzwertgeber G 31
und G 32 an, so liegen an den Eingängen EX und £2 des Bausteines AW3X keine Impulszüge mehr an,
und somit müßte eigentlich eine Abschaltung erfolgen. Dieses ist nicht der Fall, denn der Baustein A W32 erhält
an allen drei Eingängen Impulszüge, so daß am Ausgang AH des Bausteines A W32 noch ein Impulszug ansteht
der dem Eingang EHdes Bausteines AW3X zugeführt
wird.
Wie erinnerlich, führt der Eingang EH zur »ODER«- Torschaltung 01, die in den F i g. 1 und 2 dargestellt und
erläutert worden ist und insbesondere aus F i g. 2 kann man entnehmen, daß der Magnetschaitkern der
»UND«-Torschaltung K 7 hin und her geschaltet wird
und diese Torschaltung somit ein Ausgangssignal abgibt, wenn der Wicklung Wl von K 7 aus der »ODER«-Torschaltung O X ein Signal zugeführt wird — in diesem
Falle das Signal SEHaus der nachfolgenden Stufe — da
auch das Signal SE an der Wicklung W2 von K 7 ansteht
Erst wenn ein weiteres Grenzwertgebersignal ausfällt beispielsweise das Signal des Grenzwertgebers
G 33, erfolgt eine Abschaltung, und zwar diesmal über den Baustein A W34, da sich am Zustand des Bausteines
A W3X durch Wegfall des Signals des Grenzwertgebers G 33 nichts mehr ändert
Die Fig.6 zeigt nun ein Beispiel einer aus erfindungsgemäßen Bausteinen aufgebauten Sicherheitsschaltung, mit der erreicht wird, daß die Abschaltung beim Überschreiten der Grenzwerte einer f
Meßgröße erst dann erfolgt, wenn eine andere
Meßgröße einen bestimmten Grenzwert überschritten
hat. Dieses Beispiel ist dem Beispiel aus Fig.4 sehr
ähnlich. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin,
daß die Impulszüge an den Ausgängen A der Bausteine 5 A W4t bis 43, mit denen die Meßgröße 4 mit Hilfe der
Grenzwertgeber G 41 bis G 43 überwacht werden, nun
nicht dem Eingang E der Bausteine AW5\ bis 53,
sonderen den Eingängen Vas dieser Bausteine zugeführt
werden. ι ο
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
15
25
30
35
45
50
55
M)
b5