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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung:
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Komponentenschnittstellenmodul,
der zwischen von redundanten Systemen empfangenen Komponentenbefehlssignalen
entscheidet und sie mit Komponentenrückführsignalen integriert, um Komponentensteuersignale
zu erzeugen. Der Komponentenschnittstellenmodul beinhaltet diagnostische
Funktionen, die den Komponentenzustand in Betracht ziehen, wie er
durch die Komponentenrückführsignale
berichtet wird.
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Hintergrundinformation
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Gewisse
komplexe Anlagen integrieren Steuersignale von redundanten Systemen
zum Erzeugen von Betätigungssignalen
für Anlagenkomponenten.
Ein Beispiel ist eine Kernreaktoranlage, die ein Steuersystem und
ein Sicherheits- und Schutzsystem benutzt, das unabhängig diverse
Sensoren und eine Logik zum Erzeugen von Steuersignalen für Pumpen,
Motoren, Kontaktoren, Elektromagnete, Schaltgeräte und dergleichen benutzt.
Des weiteren werden manuelle Steuersignale mit den automatischen
Signalen integriert. Es ist notwendig, zwischen den Befehlssignalen
von diesen mehrfachen Quellen zu entscheiden, um das Steuersignal
für die
Komponente zu erzeugen. Typischerweise wird den manuellen Signalen
die höchste
Priorität
gegeben. Von den automatischen Systemen erzeugte Signale kann in
zweierlei Weise eine Priorität
zugeordnet werden: Entweder hat ein System absolute Priorität über das
andere, oder ein Befehl in einer Richtung (z. B. Öffnen oder
Schließen,
Aus oder Ein) von jedem System hat Priorität über einen Befehl in der entgegengesetzten Richtung.
Ein kürzlich
entwickeltes System implementiert eine Priorität zwischen den automatischen
Signalen und den manuellen Signalen in einem Komponentenschnittstellenmodul
mit Ausgangsrelais, die zu der Komponente gesendete Steuersignale
erzeugt.
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Für die Zuverlässigkeit
ist die Prioritätslogik
nicht auf Software basierend und ist üblicherweise in Hardware implementiert,
wie beispielsweise in Torschaltungen, wobei die Prioritätsoptionen
durch Schaltklinken gewählt
werden. Eine solche Prioritätslogik-Schnittstelleneinrichtung
ist aus der
US 5 745 539 bekannt.
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Die
verschiedenen Komponenten können
ihre eigenen Anforderungen für
die Betätigungssignale
haben. Zum Beispiel erfordern Kontaktoren ein kontinuierliches Steuersignal,
während
motorbetriebene Ventile nur ein Steuersignal während der Bewegung des Ventilteils
erfordern. Im letzteren Fall muß das
Steuersignal beendet werden, um ein Durchbrennen des die Steuersignale
erzeugenden Relais zu vermeiden. Typischerweise haben solche Komponenten
Positionsgrenzschalter und oftmals auch Drehmomentbegrenzungsschalter.
Ein Positionsgrenzschalter kann benutzt werden, um anzuzeigen, dass
das Ventil geöffnet
hat. Ein weiterer kann dazu benutzt werden, ein geschlossenes Ventil
anzuzeigen, obwohl unter manchen Umständen, wo ein vollständiges Schließen des
Ventils wichtig ist, der Drehmomentbegrenzungsschalter die Geschlossen-Anzeige
liefert.
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Gegenwärtig wird
die Komponentenlogik, das ist die beispielsweise den Positions-
und Drehmomentbegrenzungsschaltern der Komponente zugeordnete Logik,
an der Komponente und auf dem Betätigungsstrompegel der Komponente
implementiert, selbst in dem oben beschriebenen System, das die
automatischen Signale und die manuellen Signale in einem Komponentenschnittstellenmodul
kombiniert.
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Daher
besteht noch Raum zur Verbesserung der Schnittstellen zwischen Mehrfachsystemen,
die Komponentenbefehlssignale erzeugen, und den Komponenten, welche
sie steuern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen nicht auf Software basierenden
Komponentenschnittstellenmodul zwischen auf Software basierenden
Systemen, die doppelte Gruppen von Komponentenbefehlssignalen erzeugen,
und einer gesteuerten Komponente gerichtet. Der Komponentenschnittstellenmodul
umfasst: eine Mehrzahl von Eingängen,
durch welche die doppelten Gruppen von Komponentenbefehlssignalen
eingegeben werden, einen nicht auf Software basierenden Prozessor,
der zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Komponentenbefehlssignalen
entscheidet und damit Komponentenrückführsignale integriert, um ein
Komponentensteuersignal zu erzeugen, und eine Ausgabeeinrichtung,
welche das Komponentensteuersignal zu der gesteuerten Komponente
ausgibt. Der Prozessor enthält
eine Prioritätslogik,
die zwischen den Gruppen von Komponentenbefehlssignalen entscheidet,
um ein Prioritäts-Komponentenbefehlssignal
auszuwählen,
und eine Komponentenlogik, die ausgewählte Komponentenrückführsignale
mit den Prioritäts-Komponentenbefehlssignalen,
die von der Prioritätslogik
ausgewählt
werden, integriert. Die Prioritätslogik
wendet entweder eine Systempriorität an, durch welche eine der
Gruppen von Komponentenbefehlssignalen von einem der Systeme absolute
Priorität
gegenüber
den Komponentenbefehlssignalen von dem anderen System hat, oder
eine Funktionspriorität
an, wobei ein durch das eine oder andere System erzeugtes Komponentenbefehlssignal, das
eine erste Funktion der gesteuerten Komponente befiehlt, Priorität gegenüber einen
anderen Komponentenbefehlssignal hat, das eine zweite darauf bezogene
Funktion der gesteuerten Komponente befiehlt. Zum Beispiel kann
ein Öffnen-
oder Start-Signal Priorität über ein
Schließ-
oder Stopp-Signal haben oder umgekehrt. Als weiteren Aspekt der
Erfindung kann die Komponentenlogik eine Haltelogik enthalten, die
ein Steuersignal aufrechterhält,
das aus einem der entgegengesetzten Komponentenbefehlssignale ausgewählt wird, bis
das andere der entgegengesetzten Komponentenbefehlssignalen durch
die Prioritätslogik
ausgewählt wird.
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Die
Komponentenlogik kann programmiert werden, um ausgewählte der
Komponentenrückführsignale wirksam
zu machen, beispielsweise durch Verwendung von Schaltelementen,
wodurch die Zuverlässigkeit
des auf Hardware basierenden Prozessors aufrechterhalten wird.
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Als
weiteren Aspekt der Erfindung kann der Prozessor des Komponentenschnittstellenmoduls
eine Logik umfassen, die eine Diagnose bezüglich des Komponentenschnittstellenmoduls
ausführt.
Es können
verschiedene Arten von Diagnosen durchgeführt werden. Beispielsweise
kann die Diagnoselogik einen Anschlussschnittstellentester umfassen,
der eine Verriegelung enthält,
der den Befehlssignaleingang mit dem Eingangsanschluß in dem
Zeitpunkt verriegelt, in welchem der Anschlussschnittstellentest
eingeleitet wird. Das Eingangssignal wird dann umgeschaltet, und
es wird ein Eingangsanschlussfehlersignal erzeugt, wenn das von
dem Anschluß erfasste
Eingangssignal nicht von dem verriegelten Signal abweicht.
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Die
Diagnoselogik kann auch einen Impulstester umfassen, der Impulse
sendet, vorzugsweise kontinuierlich, wie beispielsweise in beabstandeten
Intervallen, durch die Prioritätslogik
und die Komponentenlogik, und kann eine Testanalyselogik umfassen,
welche Testergebnisse aus der Fortpflanzung der Testimpulse bestimmt.
Ein Impulstestfehlersignal wird erzeugt, wenn keine Testimpulse
an der Ausgabeeinrichtung erscheinen. Jedoch umfaßt die Komponentenlogik
vorzugsweise eine Blockierlogik, welche die Erzeugung des an die Ausgabeeinrichtung
angelegten Steuersignals in Abhängigkeit
von gewissen Komponentenrückführsignalen blockiert.
Unter diesen Umständen
erzeugt die Testanalyselogik ein Testfehlersignal nur dann, wenn
keine Testimpulse an der Ausgabeeinrichtung erscheinen, und die
Blockierlogik blockiert die Erzeugung des Komponentensteuersignals
nicht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Komponentenbefehlssignale
ein Paar entgegengesetzer, beispielsweise Ein/Aus-Signale, die jeweils
eine separate Ausgabeeinrichtung betätigen, und der Impulstester
sendet abwechselnd Impulse durch die Prioritätskomponentenlogik auf die
entgegengesetzten Komponentenbefehlssignale. Die Testanalyselogik
erzeugt ein Impulstestfehlersignal, wenn eine der Ausgabeeinrichtungen
den an das entsprechende der Komponentenbefehlssignale angelegten
Impuls nicht sieht, und das Steuersignal von der Blockierlogik nicht
blockiert worden ist. Wo die Komponentenlogik eine Haltelogik umfasst,
die ein Komponentensteuersignal aufrechterhält, bis das entgegengesetzte
Komponentenbefehlssignal angelegt wird, erzeugt die Testanalyselogik
ein Impulstestfehlersignal, wenn die Ausgabeeinrichtung, die dem
Steuersignal zugeordnet ist, das aufrechterhalten wird, die Impulse
auf das entgegengesetzte Komponentensteuersignal nicht sieht.
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Die
Diagnoselogik kann auch eine reelle Funktionsüberwachungslogik umfassen.
Diese Logik kann einen Fehler der Relaisspule erfassen, wenn das
Komponentensteuersignal und das Komponentenrückführsignal, die den Spulenstatus
darstellen, nicht zusammenpassen. Ein Spulenkontaktfehler wird angezeigt,
wenn das Komponentensteuersignal und die Spannung über den
Relaiskontakten entweder beide Null oder beide nicht Null sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Ein
volles Verständnis
der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
in Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen erhalten werden,
in denen:
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1 ein
vereinfachtes Blockdiagramm einer Anlage mit einem Komponentenschnittstellenmodul
gemäß der Erfindung
zeigt,
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die 2A und 2B zusammengesetzt
ein Blockdiagramm einer Prioritätslogik
zeigen, die einen Teil des in 1 dargestellten
Komponentenschnittstellenmoduls bildet,
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3 ein
Blockdiagramm einer zusätzlichen
Prioritätslogik
zeigt, die für
Lastfolgen unter der Steuerung durch ein externes System benutzt
werden kann,
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die 4A und 4B zusammengesetzt
ein Blockdiagramm der Komponentenlogik für den Komponentenschnittstellenmodul
zeigen,
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5 ein
Blockdiagramm der Diagnose zeigt, die einen Teil des Komponentenschnittstellenmoduls bildet,
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6 ein
Blockdiagramm der Eingangsanschlusstestschnittstelle zeigt,
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7 ein
Blockdiagramm des Impulstesters zeigt, der einen Teil der Diagnose
bildet,
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8 ein
Blockdiagramm der Impulstestanalyselogik zeigt,
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9 ein
Blockdiagramm der Relaisfunktionsüberwachungslogik zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Der
Komponentenschnittstellenmodul (CIM) nach der Erfindung bildet eine
standardisierte, objektbezogene Schnittstelle für gesteuerte Komponenten in
einer komplexen Anlage. Die Erfindung wird in der Anwendung auf
eine Kernreaktoranlage beschrieben, aber sie hat breite Anwendung
auf verschiedene Arten komplexer Anlagen, in denen Komponenten mit
Komponentensteuersignalen gesteuert werden können, die von mehrfachen Quellen
abgeleitet werden. 1 illustriert in sehr vereinfachter
Form die Anwendung des CIM nach der Erfindung auf die Instrumentierung-
und Steuersysteme 1 einer Kernreaktoranlage. Der Komponentenschnittstellenmodul 3 ist
ein nicht auf Software basierender qualifizierter Modul von nuklearem
Sicherheitsgrad. Jedoch kann der Modul 3 sowohl in nuklearen
Sicherheits- als auch in Nichtsicherheitssystemen eingesetzt werden.
Der CIM 3 bildet die vollständige Schnittstelle vom Steuersystem
zu einer gesteuerten Komponente 5. Ähnliche CIMs 3 sind
für jede
gesteuerte Komponente in der Anlage vorgesehen.
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Der
CIM hat drei Eingangsanschlüsse,
den Anschluß X,
den Anschluß Y
und den Anschluß Z,
die durch die Bezugszahlen 7 bzw. 9 bzw. 11 in 1 identifiziert
sind. Diese drei Anschlüsse
sind normalerweise an drei verschiedene Systeme angeschlossen. Für eine typische
nukleare Schutzsystemanwendung würden die
drei Anschlüsse 7, 9 und 11 an
ein erstes oder Primärsystem 13,
z. B. das primäre
Reaktorschutzsystem, ein zweites oder diverses System 15,
z. B. das diverse Schutzsystem, und ein entferntes manuelles System 17,
z. B. ein festverdrahtetes entferntes manuelles Steuersystem angeschlossen.
Komponentenbefehlssignale oder Betätigungsbefehle werden am Anschluß X 7 vom
Primärsystem 13 durch
eine Festverdrahtungsverbindung 19 empfangen. Doppelte
Komponentenbefehlssignale von dem diversen System 15 werden
am Anschluß Y 9 über einen
seriellen Eingangs/Ausgangsbus 21 empfangen. Die entfernte
manuelle Steuerung 17 kann im Hauptsteuerraum der Anlage,
dem Notsteuerraum, oder irgendeiner lokalen Steuertafel in der Anlage sein
und ist durch die Festverdrahtungsverbindung 23 mit dem
Anschluß Z 11 verbunden.
Der Anschluß Z
ist nicht für
die "normale" manuelle Steuerung
vorgesehen. Eine solche normale Steuerung würde üblicherweise durch die auf
Computer basierenden Systeme 13 und 15 erfolgen,
wo der geeignete Zusammenhang zwischen automatischer Steuerung,
Betriebsarten, Verriegelungen und dergleichen hergestellt werden
kann. Das entfernte manuelle System 17 ist hauptsächlich für den Zweck
der Diversität
und der Ab wehr in der Tiefe vorgesehen. Jedoch kann bei irgendeiner
gegebenen Anwendung der Anschluß Z 11 für irgendeine
andere Funktion benutzt werden, manuell oder automatisch, die für die Auslegung
geeignet ist. Z. B. könnte
sie als lokale Steuertafel benutzt werden, die sich neben der gesteuerten
Komponente wie beispielsweise einer Pumpe befindet. Nicht für eine gegebene
Anwendung des CIM 3 benutzte der Steueranschlüsse 7, 9 oder 11 werden
unverbunden gelassen. Jeder der Anschlüsse X, Y und Z kann mit einem
externen System festverdrahtet verbunden sein oder durch einen Computerbus
verbunden sein, beispielsweise einen seriellen oder parallelen Eingabe/Ausgabebus.
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Das
Herz des CIM 3 ist ein nicht auf Software basierender Prozessor 25.
Bei dem beispielsweisen Modul wird eine feldprogrammierbare Toranordnung
(FPGA) als Prozessor 25 benutzt. Wie noch erörtert werden wird,
leistet der Prozessor 25 Logikfunktionen an durch die Anschlüsse 7, 9 und 11 empfangenen
Eingangssignalen zum Erzeugen von Steuersignalen, die an Ausgabeeinrichtungen
in Form von Relais 27 und 29 angelegt werden.
Das Relais 27 steuert die Betätigung der Komponente 5,
während
das Relais 29 die Deaktivierung steuert. Die exakte Funktion
dieser Relais 27 und 29 hängt von den Betriebseigenschaften
der Komponente 5 ab. Beispielsweise könnte das Relais 27 dem Öffnen oder
Schließen
eines Ventils zugeordnet sein, während das
Relais 29 die entgegengesetzte Betätigung vornimmt. In ähnlicher
Weise könnten
diese beiden Relais zum Öffnen
oder Schließen
eines Schalters benutzt werden. Für manche Komponenten ist nur
ein Relais erforderlich. Z. B. würde
im Falle eines Elektromagneten das Relais 27 kontinuierlich
erregt, um den Elektromagneten zu betätigen, und zur Deaktivierung
entregt. Die Komponente 5 erzeugt Komponentenrückführsignale
zu der FPGA 25 des CIM 3. Diese Rückführsignale
werden durch die FPGA 25 zu dem primären und dem diversen System 13 und 15 und
zu dem entfernten manuellen System 17 durch die Anschlüsse X, Y
bzw. Z weitergeleitet.
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Der
CIM 3 erzeugt mehrere Funktionen in Bezug auf die Schnittstelle
zwischen den Systemen 13, 15 und 17 und
der Komponente 5, einschließlich: Spannung und Strompegelübergang
zwischen der Computerlogik der Systeme und den Komponentensteuerkreisen,
Prioritätsgebung
der Komponentenbefehlssignale von den verschiedenen Systemen und
Steuerpunkten, Schnellverriegelung zwischen Komponentenrückführsignalen
und den Komponentenbefehlssignalen, und lokale Betätigung und
Anzeige des Ausrüstungsstatus
zum Testen und zur Wartung der Anlage. Die geforderten spezifischen
Funktionen variie ren von einer Komponente zur nächsten, basierend auf der Art
der Ausrüstung,
die gesteuert wird, und auf einmaligen funktionellen Anforderungen
für die
jeweiligen Komponente. Der CIM ist andererseits als universelle
Steuerschnittstelle ausgelegt. Wie zu sehen sein wird, werden Konfigurationsschalter
zum Auswählen
verschiedener Merkmale der CIM-Logik
zur Anpassung an die jeweiligen funktionellen Anforderungen benutzt.
Eine zusätzliche
Steuerlogik wird durch die Wirtsysteme 13 und 15 als
Software durchgeführt,
um projektspezifischen Anforderungen zu entsprechen. Diese zusätzliche
Logik umfasst Dinge wie beispielsweise die Kombination von automatischen und
manuellen Befehlen, die Kombination von Mehrfachpunkten manueller
Steuerung (einschließlich
weicher und harter Steuerungen), das Verriegeln von Anlagenkomponenten
(z. B. das Öffnen
eines Ventils beim Anfahren einer Pumpe), und das Bestimmen von
Betätigungsdiskrepanzen,
wenn Fehler eine richtige Komponententätigkeit verhindern.
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Die
CIM-Logik besteht aus zwei Teilen. Bei der beispielsweisen Ausführungsform
nach der Erfindung sind diese beiden Teile in einer einzigen FPGA 25 kombiniert.
Der erste Teil der Logik ist die Prioritätslogik 41, die in
den 2A und 2B dargestellt
ist. Komponentenbefehlssignale, beispielsweise Öffnen und Schließen eines
Ventils, oder Anfahren und Anhalten einer Pumpe, werden von vier
Quellen empfangen; den beiden "Wirt"-Systemen 13 und 15 durch
die Anschlüsse
X bzw. Y, und zwei zugeordnete manuelle Steuerungen, einschließlich der
dem entfernten manuellen Systems 17 durch den Anschluß Z. Die
zweite manuelle Steuerung ist eine lokale manuelle Steuerung, die
durch den Schalter 33 bereitgestellt wird.
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Ein
zweiter Steuerschalter 35, der am Modul angeordnet ist,
ermöglicht
die Wahl der "Wirt"-Systemsteuerarten.
In der normalen Position setzt diese Steuerung 35 beide "Wirt"-Systeme entsprechend der noch zu erörternden
Prioritätslogik
in Betrieb. Die Steuerung 35 kann auch gedreht werden,
um nur das Anschluß-X-System
oder das Anschluß-Y-System
einzuschalten. Eine vierte Position der Steuerung 35 schaltet die
Relaisausgänge
des CIM 3 ab und wird für
Wartungszwecke verwendet.
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Entsprechend
den Standardsymbolen, sind die Elemente 37, die ein "&" enthalten,
AND-Glieder, während die
Elemente 39, die "1" enthalten, OR-Glieder
sind. Die Logik ist über
eine Anzahl von Schaltern 43 programmierbar.
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Die
Prioritätslogik 41,
die durch den CIM 3 bereitgestellt ist, kann allgemein
wie folgt beschrieben werden:
- – Die lokale
manuelle Steuerung 33 hat die höchste Priorität.
- – Die
manuelle Steuerung 17 hat Priorität über die "Wirt"-Systeme 13 und 15.
- – Die
Priorität
von Befehlen zwischen den "Wirt"-Systemen kann als
einer von zwei Fällen
gewählt
werden:
- – Ein
System hat absolute Priorität über das
andere, oder
- – ein
Befehl in einer Richtung (d. h. Öffnen
oder Schließen)
von irgendeinem System hat Priorität über die entgegengesetzte Befehlsrichtung.
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Diese
Prioritätslogik
41 arbeitet
nach dem allgemeinen Prinzip eines Befehls in einer Richtung (z.
B. Öffnen
oder Schließen),
wonach der entgegengesetzte Befehl von Anschlüssen einer niedrigeren Priorität blockiert
wird. Es ist notwendig, die Befehle in der gleichen Richtung zu
blockieren, wodurch eine Reduzierung der Anzahl der logischen Glieder
ermöglicht
wird. Der Prioritätsmodus
zwischen den Betätigungen
des Anschlusses X und des Anschlusses Y wird durch zwei Konfigurationsschalter
43 gewählt, die
mit JP1 und JP2 bezeichnet sind, entsprechend Tafel 1. Tafel 1. Prioritätsmodus-Schalterkonfigurationen
| Prioritätsmodus | JP1 | JP2 |
| System
X hat Priorität über System
Y | - | - |
| System
Y hat Priorität über System
X | - | ✓ |
| Öffnen-(Start-)Befehl
hat Priorität über Schließen | ✓ | - |
| Schließen-(Stopp-)Befehl
hat Priorität über Öffnen | ✓ | ✓ |
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Zusätzlich zu
der Prioritätsgebung
der Betätigungen
werden Befehlssignale in den Anschluß-X- und Anschluß-Y-Verbindungen
bereitgestellt, um zu ermöglichen,
dass die "Wirt"-Systeme 13 und 15 die
entfernt manuelle Steuerung 17 ausschalten können. Um
dies zu tun, müssen
beide Systeme eine logische "1" auf dieses Steuersignal
geben. Diese Möglichkeit
ist in Fällen
zu verwenden, wo die Steuerungen von einer gegebenen Arbeitsstation,
beispielsweise dem Hauptsteuerraum, abgeschaltet werden müssen, wenn
diese Arbeitsstation nicht besetzt ist. Ein Beispiel der Verwendung
dieser Ausschaltmöglichkeit
ist die Übergabe
der Steuerung vom Hauptsteuerraum auf den Notsteuerraum. Das Erfordernis
einer Koinsidenz beider Systeme verhindert, dass ein einfacher Fehler
die entfernte manuelle Steuerung blockiert.
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Die
Signale werden entwickelt (untere rechte Ecke der 2B)
zum Rückführen zu
jedem der Anschlüsse
X, Y und Z, um anzuzeigen, dass Befehle durch den Anschluß blockiert
werden, entweder durch den Wählschalter 35 an
den CIM, oder durch einen Befehl mit höherer Priorität. Zu beachten
ist, dass selbst in dem Fall, dass die Priorität zwischen X und Y auf dem
Zustand der Komponente beruht, die Anzeige, dass die Betätigungen
eines gegebenen Systems blockiert werden, insoweit korrekt ist,
als der entgegengesetzte Befehl nicht durch die Logik gelangt. Eine
Betätigung
durch eines der Systeme erzeugt keine Anzeige zu sich selbst, dass
der entgegengesetzte Befehl blockiert wird.
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Eine
zusätzliche
Gruppe von Aus/Ein-Eingangsbefehlen ist zur Verwendung vorgesehen,
wenn ein Signal als festverdrahtetes Signal vom Feld behandelt werden
muß. Diese
Befehle, wie in 3 gezeigt, werden an CIN7-(Priorität Aus) und
CIN8-Eingänge
(Priorität
Ein) angelegt. Die primäre
Anwendung dieser Signale ist zur Lastfolgesteuerung unter der Steuerung
eines externen Systems. Es sind zwei Konfigurationen möglich. Die
erste benutzt nur den CIN7-Eingang. Am Beginn der Sequenz wird dieses
Signal zum Abstoßen
der Last gegeben. Solange das Signal aufrechterhalten wird, werden
normale Startbefehle durch die anderen Eingänge blockiert. Wenn das Signal
weggenommen wird, wird der normale Start der Pumpe zugelassen. Die
zweite mögliche
Konfiguration benutzt beide Eingänge.
Der CIN7-Priorität-Aus-Befehl
wird wiederum zum Abstossen der Last am Beginn der Folge benutzt.
Jedoch wird der CIN8-Priorität-Ein-Befehl
zum Neustarten der Last in dem spezifizierten Zeitpunkt benutzt.
Der Priorität-Ein-Befehl
hat Vorrang über den
Priorität-Aus-Befehl,
um diese Funktionalität
zu ermöglichen.
Der Neustartbefehl wäre
wirksam ohne Rücksicht
auf den Zustand der Last vor der Sequenz.
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Die
Priorität-Aus-
und -Ein-Befehle werden mit den normalen Befehlen vom Anschluß X kombiniert, wie
in 3 gezeigt. Dies gibt diesen Sequenzsteuerbefehlen
eine höhere
Priorität
als der Anschluß X
selbst. Diese Priorität
ist nicht konfigurierbar, jedoch wird der Schalter JP19 benutzt,
um die Priorität-Aus/Ein-Eingänge einzuschalten.
Wenn dieser Schalter weggenommen wird, werden die Eingänge CIN7 & 8 in den seriellen Puffer
des Anschlusses Y eingelesen, haben aber keine Wirkung auf die Komponentenfunktion.
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Die
konfigurierbare CIM-Komponentenlogik 45 ist in den 4A und 4B gezeigt.
Sie ist grob in zwei Teile unterteilt. In 4A werden
die Komponentenbefehlssignale von dem Prioritätslogikblock 41 empfangen
und nach Verriegeln und Blockieren an die Ausgangsdriver für die Relais 27, 29 angelegt.
Der in 4B gezeigte Teil des Logikdiagramms
nimmt die Kontakteingangs-Komponentenrückführsignale von der gesteuerten
Komponente 5 und führt
die Blockierlogik 46 aus, um zu bestimmen, wenn die Betätigungen
entriegelt und blockiert werden sollten.
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Die
Komponentenlogik 45 umfaßt zusätzlich zu den AND-Gliedern 37 und
den OR-Gliedern 39 mehrere
Zeitverzögerungselemente 47.
Diese Zeitverzögerungselemente
erzeugen drei Arten von Verzögerungen: eine
Verzögerung
beim Durchgang des angelegten, mit "TD ON" bezeichneten Signals, eine Verzögerung beim
Abschalten des angelegten, mit "TD
OFF" bezeichneten
Signals, und eine Verzögerung
beim Einschalten und Abschalten des mit "TDDBL" bezeichneten Signals. Die Dauern der
verschiedenen Verzögerungen
werden neben dem Element 47 bereitgestellt. Die "TDDBL"-Zeitverzögerungen 47 sind
den Verriegelungsrückführschleifen
in der Logik zugegeben. Diese sind "doppelt wirkende" Verzögerungen, da sie sowohl die
Anstiegsflanke als auch die Abstiegsflanke des Eingangs durch die
angedeuteten 10 Millisekunden verzögern. Wenn die Eingangsdauer
weniger als 10 Millisekunden beträgt, gibt es kein Ausgangssignal.
In gleicher Weise, wenn ein logisch hohes Eingangssignal zeitlich
gering gepulst wird (mit weniger als 10 Millisekunden Dauer) findet
keine Änderung
des Ausgangssignals statt. Diese Verzögerungen ermöglichen,
dass kurze Impulse sich durch die Logik fortpflanzen, ohne den Zustand
der Verriegelungen zu beeinträchtigen.
Solche Impulse können für Diagnosezwecke benutzt
werden, um zu bestimmen, dass der CIM bereit ist, ein gegebenes
Ausgangssignal zu betätigen.
Die Blockierlogik 46 umfaßt auch exklusive OR-Glieder 49,
die durch ein "+"-Zeichen innerhalb
eines Kreise innerhalb eines Rechtecks dargestellt sind.
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Die
Bedeutung der acht Kontakteingangssignale hängt von der spezifischen Anwendung
und der Art der gesteuerten Komponente ab. Jedoch ist die allgemeine
Beschreibung dieser Signale folgende:
- CIN1:
- Position der Komponente
im betätigten
Zustand (Ventil offen, Pumpe laufend, oder Schalter geschlossen),
- CIN2:
- Position der Komponente
im unbetätigten
Zustand (Ventil geschlossen, Pumpe angehalten, oder Schalter offen)
- CIN3:
- Niedrig TRUE; Drehmomentgrenze
in der Öffnungsrichtung überschritten
kann mit Grenzschalter am Ventil kombiniert sein), geschlossener
Kontakt ermöglicht
Bewegung
- CIN4:
- Niedrig TRUE; Drehmomentgrenze überschritten
in der Schließrichtung
(kann mit Grenzschalter am Ventil kombiniert sein), geschlossener
Kontakt ermöglicht
Bewegung,
- CIN5:
- Niedrig-TRUE-Verriegelung;
geschlossener Kontakt ermöglicht
Bewegung, geöffneter
Kontakt kann konfiguriert werden, um die Auslösung des Ausschalters zu bewirken,
- CIN6:
- Hoch-TRUE-Verriegelung;
offener Kontakt ermöglicht
Bewegung, geschlossener Kontakt kann konfiguriert werden, um Auslösen des
Ausschalters zu bewirken,
- CIN7:
- Priorität Aus (Sequenz
lastabstoßend)
(siehe 3)
- CIN8:
- Priorität Ein (Sequenz
Neustart) (siehe 3).
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In
allen Fällen
werden die Zustände
der Kontakt-Eingangs-Komponentenrückführsignale zu den "Wirt"-Systemen 13, 15 zur
Kombination in anderer stromaufwärtiger
Logik und zur Signalisierung zum Operator gesendet. Für die Eingänge CIN5
bis CIN8 nehmen die Konfigurationsschalter in manchen Fällen die
Eingänge
aus ihrem Zugang in die Logik heraus. In diesem Fall werden diese
Rückführsignale
Allzweckeingänge zur
Software der "Wirt"-Systeme.
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Die
spezifischen Funktionen des CIN3 für eine gegebene Anwendung werden
unter Verwendung von Konfigurationsschaltern
43 gewählt. Tafel
2 zeigt die Definitionen dieser Schalter. Ein Schalter in "Ein" bedeutet, dass er
zugeschaltet ist, wobei er eine logische "1" zu
der FPGA
25 bereitstellt. Wenn der Schalter weggenommen
wird, wird eine logische "0" zur FPGA bereitsgestellt,
und der Schalter ist als "Aus" bezeichnet. In jedem
Fall erzeugen die Konfigurationsschalter statische "1"- oder "0"-Werte
zu der FPGA, welche diese Signale zur Auswahl der dynamischen Logiksignale
benutzt. Für
Nichtsicherheitssystemanwendungen des CIN3 können die Konfigurationseinstellungen
unter der Steuerung der Software des "Wirt"-Systems
(Anschluß Y) hergestellt
werden. Tafel 2. Konfigurationsschalterdefinitionen
| Schalter | Bedeutung,
wenn vorhanden (Ein) | Bedeutung
wenn abwesend (Aus) |
| JP3 | CIN1-
und CIN2-Positionseingänge
werden von CIM-Konvention invertiert
CIN1 = Ventil vollständig geöffnet
CIN2
= Ventil vollständig
geschlossen | CIN1-
und CIN2-Positionseingänge
folgen CIM-Konvention
CIN1 = Ventil nicht vollständig offen
CIN2
= Ventil nicht vollständig
geschlossen |
| JP4 | Öffnen/Start-Befehl
Drehmomenteingang (CIN3) weggenommen | Öffen/Start-Befehl
an Positionseingang (CIN1) weggenommen |
| JP5 | Schließen/Stopp-Befehl
an Drehmomenteingang (CIN4) weggenommen | Schließen/Stopp-Befehl
an Positionseingang (CIN2) weggenommen |
| JP6 | Drehmoment-
und Positionsschalterlogikkombination extern gegenüber CIM | Drehmoment-
und Positionsschalterlogikkombination durch CIM |
| JP7 | Befehle
nicht durch CIN5-Verriegelungseingang
blockiert | Blockbefehle
auf niedrig-TRUE-Verriegelungseingang
(CIN5) |
| JP8 | Niedrig-TRUE-Verriegelungseingang (CIN5)
bewirkt Auslösebefehlausgabe | kein
Befehl vom CIN5-Verriegelungseingang |
| JP9 | Befehle
nicht durch CIN6-Verriegelungseingang
blockiert | Blockbefehle
auf Hoch-TRUE-Verriegelungseingang
(CIN6) |
| JP10 | Hoch-TRUE-Verriegelungseingang (CIN6)
bewirkt Auslösebefehlausgabe | kein
Befehl vom CIN6-Verriegelungseingang |
| JP11 | Wegnahme
von Befehlen auf Komponentenposition 10 Sekunden verzögert | Wegnahme
von Befehlen auf Komponentenposition/Drehmoment sofort |
| JP12 | Befehle
verbleiben nach Beendigung der Komponentenbewegung | Befehle
nach Beendigung der Komponentenbewegung weggenommen |
| JP13 | wenn
JP14 aus ist, kann Komponente nicht umgekehrt werden, bis Weg beendet
ist | Entgegengesetzter
Befehl hat sofortige Wirkung zum Umkehren der Komponente |
| JP14 | Befehle
nicht im CIM verriegelt | CIM
verriegelt Befehle |
| JP15 | wenn
der Ausschalter geschlossen hat, muß ein Auslösebefehl vor einem weiteren
Schließen
ausgegeben werden (Antipumpverriegelung) | Antipumpverriegelung
ausgeschaltet, Verriegelung von Befehlen je nach Einstellungen anderer
Schalter |
| JP16 | Invertiert
den logischen Sinn von Eingängen
CIN3 und CIN4. Dies ermöglicht auch,
diese Eingänge
offen zu lassen, wenn nicht verwendet. | Logischer
Sinn von CIN3 und CIN4 ist "Niedig
TRUE", wie beschrieben |
| JP19 | Ermöglicht Kombination
von Priorität-Aus-
und Priorität-Ein-Befehlen
auf CIN7 und CIN8 mit Anschluß-X-Befehlen | CIN7
und CIN8 haben keinen Einfluß auf die
Logik. Sie sind nur allgemeine Eingänge zur Software des Wirtsystems. |
| JP20
bis JP22 | Antikoinzidenzlogikkonfiguration
(siehe Text) |
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Der
CIM3 benutzt die Konvention für
seine eigene Logik einer Komponente (z. B. Ventil), die "nicht vollständig geöffnet" oder "nicht vollständig geschlossen" ist. Durch Befolgen
dieser Konvention wird eine Zwischenstellung dadurch repräsentiert,
dass beide Signale wahr sind, während,
wenn beide Signale falsch sind, ein Fehlerzustand (möglicherweise
Stromverlust) existiert. In manchen Fällen können die verfügbaren Signale von
dem Ventil dieser Konvention nicht folgen. Der JP3-Konfigurationsschalter
invertiert die CIN1- CIN2-Eingänge so,
dass ein "Ventil
geöffnet" ein "Nicht vollständig geöffnet" und ein "Ventil geschlossen" ein "Nicht vollständig geschlossen" wird.
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Es
ist oftmals der Fall, dass die Motordrehmomentbegrenzungsschalter
und die Ventilpositionsgrenzschalter am Ventil miteinander verdrahtet
sind. Diese Praxis spart Verdrahtung zwischen dem Ventil und dem MCC,
der es steuert. Das kombinierte Eingangssignal hat die Bedeutung,
dass das Ventil anhalten sollte, wegen hohen Drehmoments oder weil
es geöffnet
(geschlossen) ist. Gewöhnlich
ist es der Fall, dass der Drehmomentschalter umgangen wird, bis
der Positionsgrenzschalter anzeigt, dass das Ventil sich aus seiner
Extremposition herausbewegt hat. Der JP6-Konfigurationsschalter
sagt dem CIM, dass die Logik des Kombinierens von Drehmoment und
Position extern mit Bezug auf den CIM (d. h. am Ventil) erfolgt.
In diesem Fall wird der Ventilbefehl gestoppt, wenn der entsprechende "Drehmoment"-Eingangskontakt öffnet. Die
CIN1- und CIN2-Eingänge
haben keinen Einfluß auf
die Logik, werden aber zu den Softwaresystemen weitergeleitet. Wenn
der JP6-Konfigurationsschalter nicht gesetzt ist, werden die CIN3-
und CIN4-Eingänge
als einfache Drehmomentbegrenzungsschalter behandelt und mit den
Positionseingängen
CIN1 und CIN2 in der CIM-Logik kombiniert.
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Wenn
die Positions-Drehmoment-Logik im CIM3 durchgeführt wird, steuern zwei zusätzliche
Konfigurationsschalter 43 diese Aktion. Der Schalter JP4
konfiguriert den Öffnen-Befehl, während JP5
den Schließen-Befehl
konfiguriert. Wenn diese Schalter gesetzt sind, wird das Ventil
nur aufgrund des Drehmoments gestoppt. Wenn der Schalter entfernt
wird, wird das Ventil entweder aufgrund der Drehmomentgrenze oder
der Positionsgrenze gestoppt. Es ist oftmals bei MOVs (motorbetätigten Ventilen)
der Fall, dass die Schließrichtung
so konfiguriert ist, dass nur aufgrund des Drehmoments gestoppt
wird. Dies stellt sicher, dass das Ventil straff geschlossen ist,
da Positionsgrenzschalter ihren Zustand oftmals schon vor dem absoluten
Wegende ändern.
Wenn ein Ventil drehmomentgeschlossen ist, ist es notwendig, den
Drehmomentgrenzschalter beim Öffnen
zu umgehen, bis der Positionsgrenzschalter anzeigt, dass das Ventil
sich von seinem Sitz abgehoben hat. Die CIN1- und CIN2-Eingänge werden auch zum Vermeiden
des Einleitens einer Aktion benutzt, wenn eine Komponente sich schon
in der gewünschten
Position befindet. Beispielsweise kann ein "Öffnen"-Befehl nicht zu
einem Ventil gesandt werden, dass bereits geöffnet ist, unabhängig vom
Zustand der Drehmomenteingänge.
Die Schalter JP4 und JP5 können
zum Übersteuern
dieser Beschränkung
eingesetzt werden, so dass der Befehl stets durchgehen kann. Zu
bemerken ist, dass diese Befehlsblockierung einen verriegelten Befehl
nicht be einflusst, der sich bereits im Prozeß der Ausführung befindet, das heißt, das
Ventil schließt
weiter, bis der Drehmomentschalter öffnet, wenn so konfiguriert
ist.
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Es
wird manche Anwendungen des CIM geben, wo die gesamte Motorstopplogik
extern vom CIN3 erfolgt. In diesen Fällen sind die Drehmomentschaltersignale
nicht verfügbar
für eine
Verwendung als Basis einer Entregung der CIM-Ausgänge. Es
ist noch wünschenswert,
die CIM-Ausgänge
zu entregen, um die Relais 27, 29 zu bewahren.
Der Konfigurationsschalter JP11 ist vorgesehen, um ein verzögertes Ausschalten
der Ausgänge
nach Beendigung des Wegs, die durch die Positionseingänge angezeigt
wird, zu ergeben. Die Verzögerung
wird auf feste 10 Sekunden eingestellt. Anzumerken ist, dass, wenn
die Ventilbewegung aufgrund der Drehmomentgrenze oder thermische Überlastung
während
des Wegs gestoppt wird, die CIM-Ausgänge kontinuierlich erregt bleiben.
Vorkehrungen müssen
bei den Wartungsprozeduren getroffen werden, um klarzustellen, dass
die Ventilbewegung sofort neu starten kann, wenn sich der Zustand
klärt.
Wenn JP11 nicht gesetzt ist, erfolgt die Entregung der CIM-Ausgänge and
der Weggrenze sofort.
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Für elektrische
Schaltgeräte
und große
Motoren ist es notwendig, beim Ausschalter ein "Pumpen", also geschlossen, dann geöffnet, dann
geschlossen usw., zu vermeiden. Um dies zu bewerkstelligen, wird
eine Verriegelung gesetzt, wenn ein Schalter-Öffnen-Befehl ausgegeben wird
und der Schalter tatsächlich
geöffnet wird.
Diese Verriegelung wird verwendet, um Zulassung für den Schalter-Schließen-Befehl
für einen
Versuch zu geben. Wenn der Schalter schließt, wird die Verriegelung bis
zum nächsten Öffnen-Befehl
gelöst.
Der JP15-Konfigurationsschalter wählt dieses verriegelte Signal
als Basis zum Blockieren des Ausgangs. Wenn daher ein Schalter geschlossen
worden ist, selbst momentan, und dann aus eigenem Antrieb in Offenstellung auslöst (z. B.
bei Überstrom),
werden nachfolgende Schließen(Ein-)-Befehle
blockiert, bis ein Öffnen-(Aus-)-Befehl
gegeben worden ist. Wenn JP15 nicht gesetzt ist, werden CIM-Ausgänge jedes
Mal zugelassen, wenn der entgegengesetzte Zustand wahr ist (d. h.
Schalter-Schließen
wird zugelassen, wann immer der Schalter geöffnet ist), in Abhängigkeit
von der Einstellung der anderen Konfigurationsschalter.
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Die
Konfigurationsschalter JP7 und JP9, wenn weggenommen, ermöglichen
die Verriegelungen CIN5 bzw. CIN6 zum Blockieren der Befehle. CTN5
ist eine Niedrig-wahr-Logik; ein offener Kontakt verhindert Befehle.
CIN6 ist eine Hoch-wahr-Logik; ein geschlossener Kontakt verhindert
Befehle. Das Setzen der Schalter JP7 und JP9 übersteuert diese Verriegelungen.
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Für Ausschalter,
die nicht die Drehmomenteingänge
benutzen, ist eine zusätzliche
Verriegelung bei Schließen-(Ein-)-Befehlen
durch den CIN3-Eingang vorgesehen. Ein offener Kontakt an diesem
Eingang verhindert, dass der Start/Ein-Befehl ausgegeben wird. Wenn
dieses Merkmal nicht verwendet wird, muß entweder der Schalter JP16
gesetzt oder der Eingang an den Anschlüssen "festgelegt" sein, um eine konstante logische "1" zu ergeben. Der Schalter JP16 muß gesetzt
sein (oder der Eingang CIN4 muß "festgelegt" sein, um logisch "1" zu sein), und der Schalter JP5 muß gesetzt
sein, um die Fortpflanzung der Auslösebefehle entweder von CIN5
oder von CIN6 zu ermöglichen.
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In
allen obigen Fällen,
wenn es gewünscht
wird, die Befehlsausgänge
bei Beendigung des Wegs oder der Verriegelungsbedingungen zu entregen,
sollte der Schalter JP12 weggenommen sein. Wenn JP12 gesetzt ist,
werden die Ausgangsbefehle ohne Rücksicht auf die Rückführeingänge aufrechterhalten.
Dies würde
typischerweise nur bei Elektromagnetventilen oder Motorschaltgeräten benutzt.
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Für elektrische
Ausschalter ist es möglich,
die CIN5- und CIN6-Eingänge
so zu konfigurieren, dass ein aktiver Auslösebefehl zum Ausschalter anstatt
lediglich Blockierbefehle von den "Wirt"-Systemen
bereitgestellt wird. Dies könnte
beispielsweise zum Implementieren einer hoch zuverlässigen Hochgeschwindigkeitsauslösung bei Überstrom
oder einem anderen festgestellten Zustand des Schaltgeräts oder
seiner Last benutzt werden. Die JP8- und JP10-Schalter ermöglichen
diesen Auslösebefehl
von dem CIN5- bzw. CIN6-Eingang. Wiederum ist CIN5 niedrig-wahr,
ein offener Kontakt bewirkt das Auslösen. CIN6 ist hoch-wahr; ein
geschlossener Kontakt bewirkt das Auslösen. Wenn einer dieser Schalter
gesetzt ist, muß auch
der entsprechende Verriegelungsschalter JP7 oder JP9 gesetzt sein.
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Der
Konfigurationsschalter JP15 bestimmt, ob Befehle in der CIM-Logik
verriegelt werden oder nicht. Wenn dieser Schalter gesetzt ist,
werden Befehle nicht verriegelt. Wenn Befehle verriegelt werden,
bewirkt eine Vervollständigung
des Wegs (in Abhängigkeit
von der Einstellung des Schalters JP12), dass die Verriegelung zurückgesetzt
wird. Allgemein bewirkt ein entgegengesetzter Befehl zu dem einen
verriegelten Befehl, dass eine Verriegelung zurückgesetzt wird, und dass die
Verriegelung für
den entgegengesetzten Befehl gesetzt wird. Die in die Verriegelung
gehenden Signale haben eine eine Sekunde dauernde "Einmalimpuls"-Zeit 47.
Dies hat die Wirkung, der Verriegelung eine "gesetzte Priorität" für
die erste Sekunde zu geben und danach eine "Rücksetzpriorität" zu geben. Wenn das
Drehmomentbegrenzungssignal momentan während der ersten Sekunde ankommt,
wird der Befehl neu verriegelt und das Ausgangsrelais wird wieder
erregt. Nach der Zeit von einer Sekunde wird die Drehmomentgrenze
den Befehl permanent entriegeln. Dieses Merkmal ist unabhängig von
der Verriegelung von Befehlen vorhanden. Daher entfernen bei drosselnden
MOVs momentane Drehmomenteingänge
während
der ersten Sekunde auf das Einsetzen des Befehls den Ausgang nur
zeitweise, während
solche, die nach einer Sekunde auftreten, den Ausgang permanent
wegnehmen, bis der Befehl weggenommen und dann wieder eingesetzt
wird. Anzumerken ist, dass dieses Merkmal auch beim Auslösebefehl
für Ausschalter
vorhanden ist, aber keine nutzbare Funktionalität bietet. Bei dem Schalter-Schließen-Befehl
ist dieses Merkmal durch die früher
beschriebene Antipunpverriegelung ersetzt.
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Wenn
Befehle verriegelt werden, ist es möglich, entgegengesetzte Befehle
zu blockieren, bis die Bewegung durch Setzen des Schalters JP13
vollständig
abgelaufen ist. Dies würde
man machen, um ein MOV an einem Umkehren in der Wegmitte zu hindern.
Der Schalter JP12 muß weggenommen
werden, wenn JP13 gesetzt wird, wodurch das Entriegeln bei Vervollständigung
des Wegs ermöglicht
wird.
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Die
Relaisausgänge
des CIM sind gewöhnlich
einander ausschließend,
d. h. es ist beabsichtigt, dass in irgendeinem gegebenen Zeitpunkt
immer nur einer erregt ist. Die Konfiguration dieser Antikoinzidenzlogik wird
durch die Schalter JP20, JP21 und JP22 gemäß Tafel 3 bereitgestellt. Normalerweise
verhindern die Wirtsysteme in Verbindung mit der Prioritätslogik
koinzidente Ausgangssignale. Jedoch können Situation bei manchen
Anwendungen des CIM bestehen, wo eine solche Koinzidenz möglich ist
oder sogar gewünscht
ist. Der Fehlerfall, wobei keiner der drei Schalter gesetzt ist,
ist, das koinzidente Ausgangssignale das Entregen beider Ausgänge bewirken.
Andere mögliche
Aktionen sind in der Tafel beschrieben. Tafel 3. Antikoinzidenz-Logikkonfiguration
| Schalter | Aktion bei koinzidenten Ausgangssignalen |
| JP20 | JP21 | JP22 |
| - | - | - | Beide
Ausgangsrelais werden entregt (Fehlerfall) |
| ✓ | X | X | Beide
Ausgangsrelais werden erregt (Koinzidenz zugelassen) |
| - | ✓ | - | Relais
K2 erregt (Schließen/Stopp-Vorrang) |
| - | - | ✓ | Relais
K1 erregt (Öffnen/Start-Vorrang) |
| - | ✓ | ✓ | Erstes
erregtes Relais bleibt erregt, das andere wird blockiert. |
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Der
Haken bedeutet, dass der Schalter gesetzt ist, der Strich bedeutet,
dass der Schalter weggenommen ist, und ein "X" bedeutet,
dass es keine Rolle spielt, ob der Schalter gesetzt ist oder nicht.
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CIM3
hat mehrere Merkmale, die Diagnosen unterstützen. Diese sind hauptsächlich auf
den Anschluß-X-Konnektor
fokussiert, da dies derjenige ist, der normalerweise für Sicherheitssystembefehle
benutzt wird. Trotzdem ergeben die Diagnosen eine teilweise Abdeckung
aller Systeme, da die Befehle von den verschiedenen Quellen sich
an der Prioritätslogik 41 überlappen.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm der CIM-Diagnosefunktion 51. Obwohl diese
innerhalb der FPGA-Einrichtung 25 implementiert ist, erfordert
sie Unterstützung
von Schaltkreisen außerhalb
der FPGA. Der erste dieser Unterstützungskreise ist die Hinzufügung exklusiver
OR-Glieder 49 an den Anschluß-X-Eingängen für die Öffnen/Start- und die Schließen/Stopp-Befehle.
Diese Glieder 49 kombinieren die Komponentenbefehlssignale mit
Testimpulsen, die durch die FPGA 25 generiert werden, so
dass ein hoher Testimpuls oder ein Null-Testimpuls an das Komponentenbefehlssignal
angelegt wird, je nachdem, ob das letztere niedrig oder hoch im
Zeitpunkt des Impulstests ist. Der zweite Unterstützungskreis
ist ein Stromwächter 53 in
jeder der Ausgangsrelaisspulen K1 und K2, 27 und 29.
Die Diagnosen umfassen auch eine noch zu beschreibende Diagnosezustandseinrichtung 55.
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Die
erste Diagnose ist die Anschluß-X-Festschnittstelle 57.
Um diesen Test zu implementieren, umfasst der Anschluß-X-Konnektor
umfasst ein Testkommunikationssignal, das es dem "Wirt"-System 13 ermöglicht,
die Schnittstelle für
die Öffnen/Start-
und Schließen/Stopp-Befehle
zu prüfen.
Der Testerfassungsbereich umfasst die digitalen Ausgänge des
Komputersystems 13, die Verbindung des Kabels 19 zum
CIM3, die Eingangssignal-Konditionierungsschaltungen
(nicht dargestellt), und die Stifteingänge zu der FPGA 25 auf
der Logikplatte. 6 zeigt die Anschlussschnittstellentestlogik 59,
die in der FPGA implementiert ist, welche diese Testschnittstelle
unterstützt.
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Die
Logikschaltung 59 besteht aus einer Leitungshaltung für jedes
der beiden entgegengesetzten Befehlssignale. Wenn ein Testeingang
niedrig ist, werden die Befehle durch den Ausgang der Schaltung
geleitet. Wenn das Testsignal hochgeht, werden beide Ausgänge im laufenden
Zustand gehalten. Der Ausgang der Verriegelung wird mit dem Eingang
verglichen. Ein Bestätigungssignal
wird erzeugt, wenn die beiden differieren. Dieses Bestätigungssignal
wird mit dem CIM-Fehlersignal OR-verknüpft, das über den Anschluß-X-Konnektor zum "Wirt"-System zurückgeführt wird.
Ein Zeitgeber mit einer Sekunde begrenzt die Dauer des Haltezustands.
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Unter
Verwendung dieser Schaltung testet das "Wirt"-System
die Schnittstelle durch Anwenden der folgenden Schritte:
- 1. Das CIM-Fehlersignal wird auf Klarheit geprüft. Falls
nicht, wird die Testsequenz verlassen.
- 2. Die Testleitung wird auf Hoch gesetzt.
- 3. Der Öffnen/Start-Befehl
wird umgestellt (falls niedrig, dann auf Hoch gestellt, und umgekehrt).
- 4. Das CIM-Fehlersignal wird geprüft, ob es gesetzt ist (falls
nicht, wird ein Alarm gesetzt).
- 5. Der Öffnen/Start-Befehl
wird in den Ursprungszustand zurückgeführt.
- 6. Das Testsignal wird auf Niedrig gesetzt.
- 7. Die sechs Schritte werden für den Schließen/Stopp-Befehl
wiederholt.
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Der
Test kann zu jeder Zeit verlassen werden und ein gültiger Befehl
durch den Eingang durch Setzen des Testeingangs auf Niedrig gesendet
werden.
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Es
ist vorgesehen, dass die Testsequenz eine Anzahl durchzuführender
Prozessorzyklen umfasst. Sie wird ungefähr einmal pro Minute ausgeführt.
-
Obwohl
keine gleichartige Testmaßnahme
für den
Anschluß Y
vorgesehen ist, sollt angemerkt werden, dass die seriellen Bus-Kommunikationen
ihrerseits selbst ein hohes Maß an
Schnittstellenprüfung
bereitstellen.
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Die
zweite Diagnose ist ein kontinuierlicher Impulstest der Prioritäts- und
Komponentenlogik. Pulse werden abwechselnd an die Öffnen/Start-
und Schließen/Stopp-Befehle
des Anschlusses X angelegt. Die Zustandsänderung des in den Ausgangsrelaisspulen 27 und 29 fließenden Stroms
wird verriegelt. Die momentanen Ausgänge werden analysiert unter
Verwendung von Information von der Konfiguration der Komponentenlogik,
um zu bestimmen, ob die Reaktion korrekt war. Falls nicht, wird
eine Sperre gesetzt, um den Fehlerzustand anzuzeigen.
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7 zeigt
die Impulstestlogik 61 in näheren Einzelheiten. Ein achtstufiges
Zustandsregister 63 steuert den Betrieb und dient als Impulsgenerator.
Der Zustand schreitet von einem Wert zum nächsten mit der 1-kHz-Taktfrequenz
fort, mit der Ausnahme, dass bei den Zuständen 3 und 7 ein
5-Sekunden-Zeitgeber 65 den Eintritt in den nachfolgenden
Zustand verzögert.
Dieser Zeitgeber wird durch das Anschluß-X-Testsignal oder durch das
X-Blockiersignal
im Rücksetzzustand
gehalten, so dass die kontinuierlichen Impulstests suspendiert werden,
während
ein Anschlusstest stattfindet oder wenn die Prioritätslogik,
wie beispielsweise die Betätigung des
lokalen Steuerschalters, eine Betätigung durch die Anschluß-X-Eingänge verhindern
würden.
Ein Öffnen/Start-Befehlsimpuls
wird während
der Zustände
S0 und S1 erzeugt. Der Zustand des Stroms in beiden Relais wird über eine
Verriegelung 67 während
S1 verriegelt. S2 ist ein Leerlaufzustand, der ermöglicht,
dass die Logik in den Normalzustand zurückkehrt. Das Ergebnis der logischen
Analyselogik wird am Eintritt zum Zustand S3 verriegelt. Eine ähnliche
Sequenz findet für
den Schließen/Stopp-Impuls
statt, wobei die Zustandsnummern um 4 gegenüber denjenigen des Öffnen/Start-Eingangstests
versetzt sind. Die logischen Bedingungen, die den 5-Sekunden- Zeitgeber 65 auf
Rücksetzen
halten, sollen auch die Verriegelungen freigeben, welche das Ergebnis
der logischen Analyse halten. Der Impulstest wird kontinuierlich
wiederholt, ungeführ
alle 10 Sekunden.
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Die
Testanalyselogik 69, die zum Analysieren des Ergebnisses
des Diagnosetests benutzt wird, ist in 8 gezeigt.
Für jedes
der Relais 27 und 29 werden die akzeptablen Bedingungen
zu einem OR-Glied eingegeben. Diese Bedingungen sind 1) das Relais
ist erregt (jedoch sollte einer der Eingangsimpulse, entweder Öffnen oder
Schließen,
in der Lage sein, es zu entregen), 2) das Relais wurde durch den
Impulseingang erregt, 3) das entgegengesetzte Relais ist erregt
(da dies den Ausgang blockieren würde, weil beide Relais nicht gleichzeitig
eingeschaltet sein können),
oder 4) die Komponentenlogik 45 hat den Befehl wegen Vervollständigung
des Wegs weggenommen. Im letzteren Fall haben sich die Impulse nicht
durch die Prioritätslogik 41 und
die Komponentenlogik 45 fortgepflanzt, weil die Blockierlogik 48 festgestellt
hat, dass das Relais nicht erregt sein sollte. Diese Bedingung wird
durch das Fehlen des JP12-Schalters und das Fehlen des K1PERM- oder
K2PERM-Signals (das das Erregen des zugeordneten Relais erlaubt)
von der in 4a illustrierten Komponentenlogik 45 implementiert.
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Wenn
keine der obigen vier Bedingungen wahr ist, dann wird die Diagnosefehlerverriegelung
für dieses
Relais gesetzt. Während
der Geltungsbereich dieser Diagnose nicht perfekt ist, vervollständigen andere Diagnosen
und Signalgebungen für
die Komponente den Geltungsbereich. Z. B. wenn der Relaisausgang
im erregten Zustand stecken bleibt, wodurch diese Diagnose blockiert
wird, erfasst die unten beschriebene Relaisfunktionsüberwachung
dies. Wenn ein fehlerhafter Eingang des CIM3 fälschlicherweise die Komponentenposition
anzeigt, wodurch die Diagnose bezüglich der Beendigung des Wegs
blockiert wird, weist der Betätigungsdiskrepanzalarm
im Betätigungssystem
auf diese Tatsache hin.
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Weil
die Impulse die Zustände
der Zwischenlogik verändern,
ist es notwenig, die seriellen Busrückführsignale während der Zustände S0,
S1, S2, S4, S5 und S6 zu verriegeln.
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Die
dritte durch den CIM3 durchgeführte
Diagnose ist die reelle Funktionsüberwachung. Rückführungssignale,
die zu der logischen FPGA 25 von den Relaisspulenstrommonitoren 53 (siehe 5)
und von den Spannungsmonitoren 71 über der A-Seite des ersten
Kon taktsatzes 27c, 29c der Relais 27, 29 bereitgestellt
werden, ermöglichen
die Durchführung
einer statischen Diagnose der Relaisschnittstelle. Die in 9 gezeigte
Relaisfunktionsüberwachungslogik 73 wird
durchgeführt,
um die beiden Relaisausgänge
zu überwachen.
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Zwei Überwachungsfunktionen
werden durchgeführt.
Erstens sollte der Spulenstrommonitor dem logischen Zustand der
Relaisanforderung entsprechen. Mögliche
Fehler, die bewirken könnten,
dass dies nicht der Fall ist, umfassen Folgendes:
- – Relaistreibertransistor
versagt (offen oder kurzgeschlossen)
- – Verlust
der Relaisspulenspeisespannung
- – Relais
fehlt (nicht angeschlossen)
- – Relaisspulenkreis
offen
- – Spulenstromdetektor
versagt
- – FPGA-I/O-Pad
versagt.
-
In
vielen Fällen
werden diese Fehler nur bei einem Versuch zum Betätigen des
Ausgangs aufgedeckt. Außerdem
wird eine Prüfung
vorgenommen, um zu verifizieren, dass nur eines der Relais in irgendeinem
Zeitpunkt erregt ist (wenn JP20 nicht eingesetzt ist). Diese Tests
sind unabhängig
davon gültig,
ob das Relais in einem Ausgangskreis benutzt wird oder nicht. Eine
10-Millisekunden-Zeitverzögerung
verhindert unrichtige Anzeigen während
Relaisschaltübergängen.
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Der
zweite Monitor betrifft die Spannung, die durch die Signale K1VM
oder K2VM über
der (normalerweise geöffneten)
A-Seite des ersten Kontaktsatzes 27c bzw. 29c.
Dies ist der für
Modulausgänge
benutzte hauptsächliche
Kontakt. Eine Spannung sollte vorhanden sein, wenn der Kontakt offen
ist (Relais nicht erregt) und der Lastkreis erregt ist. Jedoch liegt
bei manchen Anwendungen an den Kontakten beider Relais keine Spannung.
Vielleicht ist dies aufgrund dessen der Fall, dass nur ein Relais
benutzt wird, oder weil der normalerweise geschlossene Kontakt (B-Seite)
benutzt wird. Aus diesem Grund wird eine logische Verriegelung auf das
Signal angewendet, das einen Spannungsverlust erfasst. Dieser Teil
der Überwachung
ist dadurch bewehrt, dass zu einer gewissen Zeit nach dem Rücksetzen
des CIM Spannung vorhanden ist. Mögliche Fehler, die die Anzeige
eines Kontaktfehlers bewirken würden,
umfassen:
- – Verlust
von Steuerleistung von der betätigten
Ausrüstung
- – Versagen
des Relaiskontakts (offen oder kurzgeschlossen)
- – FPGA-I/O-Pad
versagt
- – Versagen
des Spannungsmonitorkreises auf dem Feldmodul.
-
Wiederum
wird eine 10-Millisekunden-Zeitverzögerung auf dem Alarm platziert,
um falsche Anzeigen während
Schaltübergängen zu
vermeiden.