DE3434952C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Neben einer Überwachung auf Drahtbruch und/oder Kurz­ schluß ist es bekannt, die aus den Ausgangssignalen des Meßwertaufnehmers erzeugten Impulsfolgen zu über­ wachen. So wird bei einer bekannten Vorrichtung jeweils beim Eintreffen des Referenz­ impulses über einen Zählerstandsvergleich ermittelt, inwieweit die bis dahin abgegebene Impulszahl korrekt ist. Eine derartige Überwachung ist jedoch nicht nur sehr aufwendig, sie hat auch den Nachteil, daß bei fehlenden Referenzimpulsen keine Überwachung erfolgt. Um diesen Nachteil zu beheben, wird dort vorgeschlagen, eine zusätzliche Überwachung der Referenzimpulse über Zeitglieder vorzusehen, wobei ein Fehlersignal abge­ geben wird, wenn während eines festgelegten Zeitab­ schnittes kein Referenzimpuls abgegeben wird. Eine korrekte Referenzimpulsüberwachung dieser Art ist jedoch nur dann möglich, wenn diese Zeitabschnitte konstant bleiben, das heißt mit stets gleicher Geschwindigkeit gefahren wird. Weiterhin ist eine Überwachung bei sich nicht ändernden Ausgangssignalen z. B. sofort nach dem Einschalten der Anlage nicht möglich, so daß noch weitere Maßnahmen bzw. Über­ wachungen erforderlich werden, um zumindest die Fehler zu erkennen, die eine besondere Gefährdung hervorrufen können.

Bei den häufig verwendeten Meßwertaufnehmern mit photoelek­ trischer Abtastung sollten z. B. ein Lichtquellenfehler, ein Fehler der Abtastelemente (z. B. Photoelemente), eine Ver­ schmutzung, ein Bruch oder Lösen eines Geberteiles, sowie Fehler und Unterbrechungen im Signalweg erfaßt werden, wobei schon der Ausfall eines einzigen vom Meßwertaufnehmer zu erfassenden Inkrementes von Bedeutung sein kann.

Eine derartige Überwachung ist aus der DE-PS 20 22 151 bekannt. Dort werden bei einer photoelektrischen Abtastung zur richtungsabhängigen Wegemessung zwei zueinander um 90° phasenversetzten Wechselspannungsausgangssignale erzeugt. Diese beiden Signale werden zur Fehlerkontrolle in ihre positiven und negativen Signalanteile zerlegt und diese zur Überwachung der Phasenwinkel und Amplitudenhöhe verwendet. Die hierzu erforderliche Schaltung ist jedoch sehr stör­ empfindlich, schwer einstellbar und in der Herstellung auf­ wendig. Da der Meßwertaufnehmer üblicherweise direkt an der Maschine angeordnet ist, sind die Analogsignale häufig mit Störsignalen überlagert, die zu einem Fehlersignal führen können, auch dann, wenn diese Störsignale bei der Nutzsignal­ verarbeitung keinen Fehler bewirken. Weiterhin wird die Feh­ lerüberwachung dadurch erschwert, daß sich die Kurvenform der Analogsignale mit der Änderungsgeschwindigkeit der Meßwerte ändert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine störempfindliche Fehlerüberwachung zu ermöglichen, die mit geringem Aufwand die Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers auf alle zu erwar­ tenden Fehler im Meßwertaufnehmer und dessen Signalleitungen anspricht, wobei nur die Fehler erfaßt werden, die zu einer fehlerhaften Auswertung in gleichfalls störunempfindlichen Auswertstufen für die Meßwertsignale führen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine weitgehend digital arbeitende Schaltungsanordnung mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig. 2a bis h Signale aus der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

An den Eingängen 1, 2 sowie 3, 4 von Differenzverstärkern 5 und 6 liegt jeweils eins der gegeneinander um ca. 90° in der Phase versetzten Wechselspannungsausgangs­ signale gemäß Fig. 2a und b des Meßwertaufnehmers. Diese Spannungen bzw. Ströme sind in bekannter Weise - z. B. durch jeweils zwei antiparallelgeschaltete Photoelemente für jedes Ausgangssignal, die im Strahlengang jeweils um 180° versetzt angeordnet sind - von Gleichspannungsanteilen weitgehend befreit. Sie werden in den Differenzverstärkern 5 und 6, welche in üblicher Weise beschaltet sind, verstärkt und auf Rechteckimpulsformer 7 und 8 gegeben, die gleichfalls in bekannter Weise geschaltet sind. Von dort aus ge­ langen dann die entsprechenden Meßwertimpulse über Leitungen 9 und 10 auf die eigentlichen Auswertstufen (nicht dargestellt), wo sie z. B. in Istwertsignalstufen mit Richtungserkennung weiterverarbeitet werden.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist weiter­ hin über eine Leitung 11 jeweils mit dem invertieren­ den und dem nicht invertierenden Eingang je eines Komparators 18 bzw. 19 verbunden. In gleicher Weise gelangen die Ausgangssignale des Differenzverstärkers 6 über eine Leitung 12 auf den invertierenden und den nicht invertierenden Eingang zweier weiterer Komparatoren 20 und 21. Die Ausgänge aller Komparatoren 18 bis 21 liegen an einem gemeinsamen Arbeitswiderstand 22 und an einem ersten Eingang eines UND-Gatters 23. Weiterhin liegen diese Ausgänge am Eingang eines ersten Negators 24, der in Reihe mit einem zweiten Negator 25 geschaltet ist, dessen Ausgang am zweiten Eingang des Und-Gatters 23 liegt. An den Ein- und/oder Ausgängen der Komparatoren können kleine Entstörkondensatoren 26 angeschlossen sein.

Die Wirkungsweise soll anhand der in der Fig. 2 darge­ stellten Signale a bis h näher erläutert werden. Die Kurvenformen der Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers sind üblicherweise sinusförmig oder dreieckförmig mit stark verrundeten Ecken. Ihre Frequenz hängt bei Positions-Meßwertaufnehmern von der Geschwindigkeit ab, mit der die Position verändert wird. Die Amplitudenhöhe der Signale gemäß Fig. 2a und b ist weitgehend unabhängig von der Geschwindigkeit, jedoch stark von Alterungen und Verschmutzungen der diese Spannungen erzeugenden Geberteile abhängig. Ist z. B. der Bereich der Teilscheibe eines optischen Meß­ wertaufnehmers zwischen zwei Inkrementen stark ver­ schmutzt, entsteht an dieser Stelle 30 im Signal eine verringerte Amplitude oder die entsprechende Halbwelle fehlt weitgehend. Da sich dies z. B. bei einem Dreh­ winkelgeber bei jeder Umdrehung wiederholt, kann ein Fehler in der Auswertung der Signale entstehen, der sich ständig vergrößert, oder es läßt sich in diesem Bereich keine Erkennung der Bewegungsrichtung mehr durchführen.

Jeder der Komparatoren 18 bis 21 ist durch eine Referenzspannung 31, 32, die dem jeweils nicht mit Wechselspannungsanteilen beaufschlagten Eingängen zuge­ führt ist, derart eingestellt, daß jeder Komparator nach Erreichen eines vorgegebenen Pegels 32 bis 35 umschaltet. Hieraus ergibt sich eine Umschaltung gemäß der Kurven in Fig. 2c bis f, wobei die Referenz­ spannungen derart gewählt sind, daß eine Überlappung in der Umschaltung erfolgt, die sicherstellt, daß der gemeinsame Ausgang der Komparatoren 18 bis 21 ständig auf niedrigem Potential verbleibt. Erst bei einer Störung bei fehlenden oder zu kleinen Amplituden, z. B. an der Stelle 30, entstehen am gemeinsamen Aus­ gang gemäß Fig. 2g Signale, die z. B. dadurch bedingt werden, daß der Pegel 35 nur in einem kleinen Bereich überschritten wird und hierbei gemäß Fig. 2f der eine Komparator nur in diesem Bereich umschaltet. Das hierbei entstehende Signal gemäß Fig. 2g kann daher als Fehlersignal dienen bzw. eine Fehlerstufe setzen.

Um Störimpulse zu beseitigen oder wenn bei hohen Frequenzen bzw. hohen Änderungsgeschwindigkeiten - bedingt durch kapazitive Verluste und/oder der Trägheit der Signalgeber - Signalspannungen entstehen, die keine Überlappung der Komparator-Umschaltung mehr ergeben, oder sogar Lücken entstehen lassen, die zu zeitlich sehr kurzen Impulsen gemäß Fig. 2h führen, sind die Stufen 23, 24 und 25 vorgesehen. Am Ausgang des Und-Gatters 23 wird hier nur dann ein Signal ent­ stehen, wenn gleichzeitig auch die über die Stufen 24 und 25 leicht verzögerten Signale am Eingang des Und-Gatters 23 anliegen. Diese Schaltung wirkt sich bei niedrigen Frequenzen bzw. Geschwindigkeiten nicht negativ aus, da dann die Verzögerung im Verhältnis zu den dann langen Umschaltzeiten der Komparatoren ver­ nachlässigbar gering ist und daher auch das Fehlersignal gemäß Fig. 2g nahezu unverändert über das Und-Gatter 23 gelangt. Je höher die Frequenz bzw. Geschwindigkeit wird, um so wirksamer wird die Verzögerungsschaltung, da dann auch bei lagemäßig größeren Lücken (durch die hohe Frequenz) die Impulsdauer der Lückenimpulse geringer wird. Bei richtiger Dimensionierung der Zeit­ glieder bzw. Anzahl der Stufen 24, 25 kann die Über­ wachungsschaltung über einen von Null ausgehenden, großen Frequenzbereich sehr empfindlich eingestellt werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Fehlerüberwachung eines inkremen­ talen Meßwertaufnehmers, der zumindest zwei um 90° phasenversetzte Wechselspannungsausgangssignale mit un­ terschiedlicher Frequenz liefert, die bezüglich ihrer Pha­ senlage und Amplitude überwacht werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der beiden Wechselspannungsausgangs­ signale (Fig. 2a und b) jeweils zwei als Komparatoren (18 bis 21) ausgebildete Schaltstufen zugeführt ist, wobei der eine der Komparatoren (19, 21) jeweils bei einem vorgege­ benen positiven und der andere Komparator (18, 20) jeweils bei einem vorgegebenen negativen Pegel umschaltet, alle vier Komparatoren (18 bis 21) jeweils nach Überschreiten des Umschaltpegels (32 bis 35) eine gleiche Ausgangsspannung abgeben, und daß die Ausgangssignale (Fig. 2c bis f) der vier Komparatoren (18 bis 21) einer Überwachungseinrichtung (22 bis 26) zugeführt sind, wel­ che den momentanen Schaltzustand aller vier Komparatoren überwacht und ein Fehlersignal (Fig. 2g oder h) liefert, wenn eine Halbwelle der einen oder beider Wechselspan­ nungsausgangssignale (Fig. 2a und 2b) fehlt oder einen zu kleinen Wert aufweist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Umschaltpegel (32 bis 35) der Komparatoren (18 bis 21) derart gewählt sind, daß bei niedriger Fre­ quenz der Wechselspannungsausgangssignale zumindest je­ weils der Umschaltpegel (32 bis 35) an einer der Kompa­ ratoren (18 bis 21) überschritten wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Komparato­ ren (18 bis 21) über Zeitglieder (24, 25) geführt sind, welche Ausgangsimpulse (Fig. 2h) kurzer Dauer unterdrücken.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsausgangs­ signale (Fig. 2a und b) in an sich bekannter Weise von Gleichspannungsanteilen befreit sind, die Komparatorumschaltpegel (32 bis 35) durch Anlegen vor­ gegebener oder einstellbarer Referenzspannungen (31) vorgegeben werden, und die Ausgänge aller dieser Kompara­ toren (18 bis 21) sowohl auf den ersten Eingang eines Und-Gatters (23) wie auch auf eine, insbesondere aus mehreren Schaltgattern (24, 25) bestehende Zeitstufe geführt sind, die ein verzögertes Signal an den zweiten Eingang des Und-Gatters (23) abgeben.