DE2637786A1 - Einrichtung zur ueberwachung bzw. korrektur von signalen - Google Patents
Einrichtung zur ueberwachung bzw. korrektur von signalenInfo
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Description
77/76 Fd/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Einrichtung zur Ueberwaehung bzw. Korrektur von Signalen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ueberwaehung
bzw. Korrektur von Signalen, mit einer Mehrzahl von Signalkanälen, die miteinander vergleichbare Signale führen
und über einen Mittelwertbildner an eine Auswerte- bzw. Korrekturschaltung angeschlossen sind. Einrichtungen dieser
Art sind unter der Kurzbezeichnung "Redundanzschaltungen mit Mittelwertbildung" allgemein bekannt.
Wenn bei solchen Schaltungen beispielsweise eine Mehrzahl von Eingangssignalen überwacht werden soll, so wird aus diesem ein
Mittelwertsignal gebildet und jedes Eingangssignal mit diesem Mittelwertsignal verglichen«, Eine zu grosse Differenz zwischen
Eingangssignal und Mittelxfertsignal wird als Pehlerkriterium
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für das betreffende Eingangssignal ausgewertet und führt zu
dessen Abschaltung aus der Mittelwertbildung. Massgebend für die Fehlerselektierung ist hier der vergleichsweise geringere
Fehleranteil innerhalb des Mittelwertsignals.
Nachteilig bei diesen Schaltungen ist, dass eine sprunghafte,
fehlerbedingte Aenderung eines Eingangssignals - abgesehen von der Schwächung infolge Mittelwertbildung -■ zunächst in das weiterzuverwendende
Mittelwertsignal eingeht, bis der Fehler durch Vergleich des betreffenden Eingangssignals mit dem Mittelwertsignal
erkannt ist und das fehlerhafte Eingangssignal abgeschaltet wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein
möglicher Fehler eines weiteren Eingangssignals das fehlerrelevante Differenzkriterium nochweiter schwächt und bei einem System
mit drei Eingangssignalen eine -Eehlerdetektion sogar unmöglich wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur
Ueberwachung und/oder Korrektur von Signalen, die sich durch
eine sicherere Fehlerdetektion auszeichnet und von der Anzahl
der fehlerbehafteten Signale innerhalb des Mittelwertsignals hinsichtlich der Fehlerdetektion weitgehend unabhängig ist.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich
bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch angegebenen Merkmale.
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Bei einer solchen Einrichtung steht infolge der Speicherung des Mittelwertsignals für eine begrenzte, im allgemeinen jedoch
leicht ausreichend zu bemessendeZeltspanne nach Fehlereintritt
das unveränderte oder wenig veränderte Mittelwertsignal als Bezugswert für die Fehlerdetektion zur Verfügung.
Die im allgemeinen sprungartig, Jedenfalls aber mit höherer Aenderungsgeschwindigkeit als die Nutzsignaländerungen eintretenden
Fehler - im allgemeinen infolge Ausfalles von Bauelementen oder Schaltungsgruppen - können daher mit hoher
Sicherheit festgestellt werden, und zwar grundsätzlich auch bei gleichzeitigem Ausfall oder Fehler mehrerer zu überwachender
Signale.
Ein besonders einfacher und zuverlässiger Schaltungsaufbau
ergibt sich gemäss einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, dass die Signalspeicherschaltung einen wenigstens eine Integralkomponente
aufweisenden Nachlaufregelkreis mit dem Ausgangssignal des Mittelwertbildners als Führungsgrösse und
mit dem Speicherausgangssignal als Regelgrösse umfasst, wobei dieses Speicherausgangssignal zusammen mit wenigstens
einem zu überwachenden Signal an die Vergleichsschaltung angeschlossen ist. Weiterhin wird hierbei zweckmässig ein Rückführungszweig
des Nachlaufregelkreises gegensinnig zu dem
Ausgang des Mittelwertbildners auf den Führungsgrösseneingang des Nachlaufregelkreises geschaltet. Auf diese Weise
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ergibt sich weiterhin die vorteilhafte Möglichkeit, den Mittelwertbildner
selbst auf Fehlereintritt zu überwachen, indem nämlich der Ausgang des Mittelwertbildners und der Ausgang
der Signalspeicherschaltung an eine Vergleichsschaltung angeschlossen werden. Im Falle fehlerfreier, d.h. nicht sprunghaft
veränderter Ueberwachungssignale, kann nun eine sprunghafte und somit fehlerindizierende Aenderung des Mittelwertsignals
mit dem zunächst unveränderten, weil gespeicherten Mittelwertsignal verglichen werden.
Die Erfindung wird weiter anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt
Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Ueberwachungs- und Korrektureinrichtung
nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Uebergangsfunktion (Sprungantwort)
des Nachlaufregelkreises aus der Schaltung nach Fig.l.
Die in Fig. 1 dargestellte" Ueberwachungs·- und Korrektureinrichtung
1 ist an drei zu überwachende Signalkanäle I, II und III mit je einem Signalwandler 10 bzw» 20 bzw. 30 und je
einem nachfolgenden Signalverteiler 11 bzwö 21 bzw0 31 angeschlossen.
Von jedem Signalverteiler wird ein Signaleingang
e, bzw. e bzw. e^, sowie je ein Steuereingang e.. ' bzw. e °
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bzw. e,' der Einrichtung 1 angesteuert.
Innerhalb der Einrichtung 1 ist jeder Signalkanal über einen Verstärker 12 bzw. 22 bzw. 32 und einen Ausschalter 13 bzw.
23 bzw. 33 an einen zugehörigen Eingang eines Mittelwertbildners
2 geführt, dessen Ausgang a„ zur weiteren Verwendung
gesondert herausgeführt ist und ausserdem den FUhrungsgrössenelngang
3a eines Nachlaufregelkreises 3 ansteuert.
Dieser Nachlaufregelkreis wirkt als Signalspeicherschaltung
und weist hierzu ein Integralglied 3b auf, welches den Ausgang
a., mit dem gespeicherten Mittelwertsignal sowie einen
gegensinnig zur Regelabweichung wirkenden und demgemäss mit
inverser Polarität auf einen Stell grösseneingang 3c geschalteten Rückführungszweig J>d speist.
Vom Ausgang a, wird das Mittelwertsignal anstelle der untereinander
gleichbedeutenden Eingangssignale einer weiteren, hier nicht näher interessierenden Verwendung zugeführt. Es
ist hier vorauszusetzen, dass einerseits fehlerbedingte Aenderungen der Eingangssignale wesentlich rascher als die
schnellsten Nutzsignaländerungen erfolgen (ausreichender Frequenzabstand zwischen der oberen Grenze des Nutzspektrums
und der unteren Grenze des Storspektrums) und andererseits
die Signalverzögerung infolge der Speicherung im Nachlaufregelkreis so bemessen ist, dass keine unzulässige zeitliche
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Verzerrung der Nutzslgnalkompönente, jedoch eine ausreichend
lange Speicherung im Vergleich zu den störungsbedingten Signaländerungen
vorhanden 1st.
Weiterhin ist für jeden Signaleingang e,, e^, e^ ein Paar von
Vergleichsschaltungen l4, 15 bzw. 24, 25 bzw. 34, 35 vorgesehen,
deren jede zwei Vergleichseingänge E1 und E" sowie einen Grenzwerteingang
G1 bzw. G" und je einen Indikatorausgang A umfasst.
DerUebersichtlichkeit halber sind diese Anschlüsse der Vergleichsschaltungen
nur für die Sehaltungseinheiten 14 und 15 angedeutet. Der Aufbau ist so getroffen, dass jede Vergleichsschaltung
14, 24, 34 einen Grenzwerteingang Gf und jede Vergleichsschaltung
15, 25, 35 einen Grenzwerteingang G" aufweist. Die Grenzwerteingänge G' sind gemeinsam an einen unteren
Grenzwertgeber G, und alle Grenzwerteingänge G" an einen
oberen Grenzwertgeber G^ angeschlossen. Der Vergleichseingang
E1 ist jeweils an den Ausgang des dem betreffenden Signalkanal
zugeordneten Verstärkers 12 bzw. 22 bzw. 32 angeschlossen, während die Vergleichseingänge E" gemeinsam an den Ausgang a,
der Signalspeicherschaltung 3 angeschlossen sind. Auf diese Weise liefern also die Ausgänge A der Vergleichsschaltungen 14,
15 bzw. 24, 25 bzw. 34, 35 jeweils ein Indikatorsignal, wenn
die Differenz zwischen dem betreffenden Eingangssignal und dem gespeicherten Mittelwertsignal den von G, gelieferten unteren
Grenzwert unterschreitet oder den von G^ gelieferten oberen
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Grenzwert überschreitet. Der hierzu erforderliche Schaltungsaufbau der Vergleichsschaltungen ist an sich von üblicher Art
und bedarf keiner näheren Erläuterung. Es versteht sich weiterhin, dass gegebenenfalls anstelle des DifferenzVergleichs mit
zwei Grenzwerten unterschiedlicher Polarität auch ein Betragsvergleich der Differenz mit nur einem Grenzwert in Betracht kommt.
Die Ausgänge A der Vergleichsschaltungen sind an eine Auswerteschaltung
k. angeschlossen, die mit ebenfalls an sich üblichen und nicht näher zu erläuternden, logischen Sehaltungsmitteln
an Ausgängen S-, S^, S, Steuersignale für die Ausschalter
13 bzw. 2j5 bzw. J$ liefert und in Abhängigkeit von
dem Auftreten einer Grenzwertunterschreitung oder Grenzwertüberschreitung der vorgenannten Art den Ausschalter des betreffenden
Signalkanals öffnet.
Damit ist der betreffende Signalkanal von der Mittelwertbildung und damit von einer verfälschenden Einflussnahme auf das
weiterzuverwende Signal ausgeschlossen, ohne dass es auch nur
zu einer vorübergehenden, merklichen Verfälschung dieses Signals gekommen wäre. Diese Wirkungsweise bleibt grundsätzlich
auch bei einem Ausfall weiterer Signalkanäle erhalten, sofern nur mindestens ein eingangsseitiger Signalkanal bestehen bleibt.
Bei Unterschreiten einer vorgegebenen Anzahl von funktionsfähigen Signalkanälen kann selbstverständlich ohne weiteres eine
Notabschaltung oder dergl. ausgelöst werden.
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Für die weitere Auswertung aufgetretener Störungen sind ferner
die Signalkanäle I, II und III über entsprechende Ausgänge der Signalverteiler 11 bzw. 21 bzw. 31 an zugeordnete Eingänge et
bzw. el bzw. e' der Auswerteschaltung 4 angeschlossen. Ein Ausgang
a, der Auswerteschaltung 4 kann - neben der bereits erwähnten Kanalabschaltung über die Ausgänge S,, S , S-. - Störmeldungen
verschiedener Art ausgeben.
Für die Ueberwachung der Vergleichsschaltungen selbst sowie der
Grenzwertgeber ist eine Prüfschaltung 5 vorgesehen, die für jede
Vergleichsschaltung einen Prüfsigna laus gang K, bzw. K2 bzw. .'.*.
Kg aufweist. Jeder dieser Ausgänge führt ein zusätzlich zu einem
aus einem zu überwachenden Signal und dem gespeicherten Mittelwertsignal gebildeten Differenzsignal zur Grenzwertüberwachung
additiv aufschaltbares Prüfsignal. Durch diese Aufschaltung eines
künstlichen Fehlersignals kann die Funktionsfähigkeit der
Vergleichsschaltungen mit Grenzwertüberwachung und diejenige der Auswerteschaltung überprüft werden. Ueber einen Kanal 6 können
Rückmeldungen über diese Prüfungen bzw. entsprechende Rückstellbefehle
mit der Auswerteschaltung ausgetauscht werden. Damit ist eine mehrstufige Ueberwachung und ein entsprechend hohes Sicherheitsniveau
erreicht.
Die bereits erwähnte Signalspeicherschaltung j5. ist in der in
Fig.l dargestellten Weise an den Ausgang des Mittelwertbildners
2 angeschlossen, wobei neben dem Stellgrösseneingang 3o auch
der Führungsgrösseneingang 3a gesondert zugänglich sind. Infolgedessen
kann das Mittelwertsignal am Ausgang a2 in einer
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nachgeordneten Vergleichsschaltung 7 gegenüber dem gespeicherten
Mittelwertsignal am Ausgang a~ als Bezugsgrösse kontrolliert
werden. Fällt nun bei z.B. fehlerfreien Signalkanälen I - III der Mittelwertbildner 2 aus, so ergibt sich
am Ausgang a^, der Vergleichsschaltung 7 ein entsprechend
selektives Störungssignal. Ohne diesen Vergleich mit dem gespeicherten, quasistationären Mittelwertsignal wäre eine
selektive Ueberwachung des Mittelwertbildners nicht ohne weiteres
möglich, weil der Vergleich der Eingangssignale mit dem unverzögerten Mittelwertsignal keine Rückschlüsse darüber
erlaubt, ob der Fehler auf der Eingangsseite oder in der Mittelwertbildung liegt.
Der Nachlaufregelkreis 3 umfasst neben einem Sollwert-Istwertvergleicher
3e mit den bereits erwähnten Eingängen 3a und 3c einen Proportionalverstärker 3f mit zwei nachfolgenden Grenzwertschaltern
3g und 3h sowie je einem zugehörigen Grenzwertgeber 3g' bzw. 3hΌ Diese Grenzwertschalter verleihen dem Regelkreis
ein nichtlineares bzw. unstetiges Verhalten in der Weise 3 dass der auf den Betrag der Regelabweichung bezogene
Betrag der Regelgeschwindigkeit unterhalb bzw. oberhalb vorgegebener
negativer bzw. positiver Grenzwerte der Regelabweichung grosser ist als im Bereich der Regelabweichung zwischen
diesen Grenzwerten,= Diese Beeinflussung des Regelverhaltens beruht auf einer Veränderung des Verhältnisses zwischen der
Proportional- und der Integralkomponente der liebertragungs-
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funktion bzw. des Schaltungsaufbaues. Im dargestellten Beispiel wird die Proportionalkomponente verändert, jedoch kommt
grundsätzlich eine sinngemäss entsprechende Aenderung der Integralkomponente
zum gleichen Zweck ebenfalls in Betracht. Jedenfalls wird erreicht, dass die Regelabweichung - im Gegensatz
zu einer konstanten Uebertragungsfunktion - nicht inversexponentiell,
d.h. asymptotisch, sondern bis zum Passieren des nächstliegenden Grenzwertes zunächst wenigstens annähernd linear
abnimmt und erst dann einen sehr kurzen, asymptotischen Abschnitt in der zeitlichen Uebergangsfunktion durchläuft. Das
insgesamt für die Aus regelung eines Pührungs- oder Regelgrössensprunges (Störgrösse) erforderliche Zeitintervall wird dadurch
wesentlich verkürzt, ohne das Zeitverhalten und damit das Speichervermögen des Nachlaufregelkreises in der für die vorliegende
Ueberwachung ausgenutzten Anfangsphase des Regelvorganges zu beeinträchtigen.
In Fig.2 sind die Verhältnisse in einem Zeitdiagramm der Führungsgrösse
a^ und der Regelgrösse a-, (der Einfachheit sind
diese Signalbezeichnungen gleich den entsprechenden Schaltungsausgängen gewählt) unter Annahme eines Pührungsgrössen-Sprunges
schematisch dargestellt.
Vor t , dem Zeitpunkt des Sprungeintritts von ap, befinde sich
der Regelkreis im abgeglichenen Zustand mit a2 = a~. Nach t
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läuft a,, bis zum Zeitpunkt tp entsprechend dem positiven Sprung
von ap hoch, und zwar mit wenigstens annähernd konstanter Anstiegsgeschwindigkeit.
Dies entspricht einem reinen oder weitaus überwiegenden I-Verhalten des Regelkreises. Wenn bei tp
ein geringer Restwert der Regelabweichung ^p-a, erreicht ist,
kommt durch die erwähnte Umschaltung oder nichtlineare Aenderung der Uebertragungsfunltion die P-Komponente stärker zur
Wirkung, so dass nun in einem kurzen Restintervall von tp bis
t^. a den Wert von a erreicht und die Regelabweichung praktisch
verschwindet. Bei t^, ist der Regelkreis also bereits
wieder abgeglichen. Ohne die Aenderung des Regelkreisverhaltens würde dies erst wesentlich später der Fall sein, etwa
beim Zeitpunkt t^, wie mit dem strichpunktierten Verlauf des
Kurvenzweiges Ά-,' angedeutet.
Gleichwohl wird durch diese Trägheitsverminderung des Regelkreises
keine Erhöhung der Aenderungsgeschwindigkeit von &-.
in der Anfangsphase des RegeIvorganges im Anschluss an t verursacht.
Das Speichervermögen des Nachlaufregelkreises bleibt also in dem für die vorliegende Signalkontrolle ausgenutzten
Anfangsintervall - für die Verhältnisse gemäss Fig.2 etwa von
t bis t - unverändert. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich,
dass sich a., in dem letztgenannten Intervall nur
sehr wenig ändert, d.h. als quasistationär betrachtet werden kann.
In Fig.2 ist noch strichliert ein negativer Sprung a " ent-
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sprechend einem Ausfall des Mittelwertbildners als Fehlerfall
angedeutet. Ersichtlich steht im Intervall t bis t,, d.h. in
der Anfangsphase des linearen Absinkens von a-,", praktisch
der volle Wert von a^. aus dem Zustand vor t als Bezugsgrösse
für den Signalvergleich zur Verfügung, hier also für die Differenzbildung
zwischen a, und a =0. Der Mittelwertbildner kann also für sich überwacht werden. Genauso steht der Bezugswert
von a, aus dem Zustand vor t auch für die Ueberwachung der
Eingangssignale "für sich zur Verfügung.
Eine Kenngrösse für das unterschiedliche Verhalten des Nachlaufregelkreises in den verschiedenen Bereichen der Regelabweichung
ist die auf den Betrag dieser Regelabweichung bezogene Regelgeschwindigkeit, d.h. die Nachlaufgeschwindigkeit
des Speichergliedes. Diese bezogene Regelgeschwindigkeit
ist für die vorliegenden Zwecke im Bereich grosser Regelabweichungen grosser als innerhalb des vorgegebenen
Bereiches einer Restregelabweichung, Ausserdem kann die bezogene Regelgeschwindigkeit im ersten Fall vorzugsvr Öse
wenigstens annähernd konstant, d.h. unabhängig von der sich
ändernden Regelabweichung gemacht werden.
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Claims (8)
1. Einrichtung zur Ueberwachung bzw. Korrektur von Signalen,
mit einer Mehrzahl von Signalkanälen, die miteinander vergleichbare
Signale führen und über einen Mittelwertbildner an eine Auswerte- bzw. Korrekturschaltung angeschlossen
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwertbildner und eine Signalspeicherschaltung hintereinandergeschaltet
und zusammen mit wenigstens einem Signalkanal, der ein
zu überwachendes Signal führt, an eine Vergleichsschaltung angeschlossen sind, in der als Ueberwachungskriterium die
Differenz zwischen wenigstens einem zu überwachenden Signal und einem gespeicherten Mittelwertsignal gebildet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalspeicherschaltung einen wenigstens eine Integralkomponente
aufweisenden Nachlaufregelkreis mit dem-Ausgangssignal des Mittelwertbildners als Pührungsgrosse und
mit dem Speicherausgangssignal als Regelgrösse umfasst und
dass dieses Speicherausgangssignal zusammen mit wenigstens
einem zu überwachenden Signal an die Vergleichsschaltung
angeschlossen ist.
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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführungszweig des Nachlaufregelkreises gegensinnig
zu dem Ausgang des Mittelwertbildners auf einen Stellgrösseneingang
des Nachlaufregelkreises geschaltet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Mittelwertbildners und der Ausgang der Signalspeicherschaltung
an eine Vergleichsschaltung angeschlossen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlaufregelkreis eine Uebertragungsfunktion mit einer
Proportionalkomponente und einer Integralkomponente aufweist und mit einer nichtlinear bzw. unstetig wirkenden
Kennlinienumsteuerung versehen ist, die das Verhältnis zwischen der Proportionalkomporiente und der Integralkomponente
unterhalb bzw. oberhalb vorgegebener negativer bzw. positiver Grenzwerte der Regelabweichung im Sinne einer
grösseren, auf gleiche Beträge der Regelabweichung bezogenen
Regelgeschwindigkeit im Vergleich zu derjenigen für Regelabweichungen im Bereich zwischen den genannten Grenzwerten
verändert.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einer Mehrzahl von zu überwa-
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chenden EingangsSignalkanälen zusammen mit dem Ausgang
der Signalspeicherschaltung an eine Vergleichsschaltung mit Grenzwertüberwachung angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in mindestens einem zu überwachenden Signalkanal.ein in Abhängigkeit vom Ueberschreiten
bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen positiven bzw. negativen Grenzwertes der Differenz zwischen dem zu überwachenden
Signal und dem gespeicherten Mittelwertsignal ansprechender Ausschalter vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Prüfschaltung vorgesehen ist, die für jede Vergleichsschaltung einen Ausgang aufweist,
der ein Prüfsignal führt, das zu einem aus einem -zu überwachenden Signal und dem gespeicherten Mittelwertsignal
gebildeten Differenzsignal für eine Grenzwertüberwachung zwecks Prüfung der Ueberwachungsschaltung
aufschaltbar ist.
BBC Aktiengesellschaft Browng Boveri & Cie«,
709882/05
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