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Schaltungsanordnung mit innerem Fehlerschutz bei logischen Verknüpfungsschaltungen
mit vorzugsweise ruhenden Schaltelementen in einem Zweikanalsystem mit zueinander
invers aufgebauten Kanälen Die meisten Industrieanlagen erfordern im Betrieb eine
ständige Überwachung, da eventuell auftretende Schäden in den Anlagen und daraus
resultierende Fehlschaltungen zu Unfällen führen können. Eine solche Überwachung,
Regelung und/oder Steuerung wird entsprechend dem heutigen Stand der Technik häufig
mit Kombinationsschaltungen aus ruhenden, logischen Schaltelementen, den Funktionsgliedem,
vorgenommen.
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Bei näherer Betrachtung des Problems tritt zwingend die Frage nach
Gewißheit eines mit Sicherheit gewährleisteten, tatsächlich einwandfreien Arbeitens
der Schaltungsanordnung auf. Diese Frage fordert notwendigerweise eine Kontrolle
der Steuerungsanordnung auf innere Fehler, um einen gefährlichen Betriebszustand
auszuschließen.
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In der Technik kommt oft das bekannte Zweikanalsystem zum Einsatz,
bei dem beide Kanäle gegeneinander antivalente Ausgänge aufweisen. Treten in den
Funktionsgliedern innere Fehler auf, so wird die entgegengesetzte Valenz der Ausgangssignale
der beiden Kanäle gestört. Bei bekannten Fehlerschutz-Schaltungsanordnungen wird
die Annahme gemacht, daß bei zwei invers betriebenen Kanälen das Zusammentreffen
von zwei sich kompensierender Fehler, d. h. in jedem Kanal ein entsprechender
Fehler, äußerst unwahrscheinlich ist. Die Antivalenz der Ausgangssignale im Zweikanalsystem
ist demnach ein Zeichen für einwandfreies Funktionieren der Anordnung. In den bekannten
Anordnungen wird die entgegengesetzte Valenz des Ausgangssignals des ersten Kanals
gegenüber dem des zweiten Kanals in bekannter Weise mit Hilfe einer Äquivalenzschaltung
ohne Schwierigkeiten überwacht, verglichen und zur Anzeige gebracht, so daß jede
durch innere Fehler hervorgerufene Störung aufgezeigt wird.
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Für Industrieanlagen, die in Zeitintervallen arbeiten und somit oft
anlaufen und wieder abschalten, beispielsweise Arbeitsmaschinen wie Pressen, Aufzüge
usw., wird in der vorliegenden erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine einfache
und überaus sicher wirkende Überwachungseinrichtung gezeigt. Der Erfindungsgegenstand
ist eine überwachungseinrichtung für eine Schaltungsanordnung von Steuerungsschaltungen
auf innere Fehler. In der erfindungsgemäßen Anordnung werden jedoch die antivalenten
Ausgänge der beiden Kanäle nicht nur verglichen, sondern mit besonderem Vorteil
diagonal zurückgeführt und jeweils einer entsprechenden, dem betreffenden Kanal
vorgeschalteten Verknüpfungseinheit als Eingangssignal zugeführt. Tritt infolge
innerer Fehler eine Störung auf, und verschwindet damit die entgegengesetzte Valenz
des einen Kanalausgangs gegenüber dem anderen, so ist die Anordnung spätestens beim
nächsten Anlauf blockiert, da das diagonal zurückgeführte, zur Durchsteuerung des
einen Kanalsystems notwendige Signal am Eingang desselben fehlt.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit innerem Fehlerschutz
bei logischen Verknüpfungsschaltungen mit vorzugsweise ruhenden Schaltelementen
in einem Zweikanalsystem mit zueinander invers aufgebauten Kanälen und besteht darin,
daß bei ungestörtem, einwandfreiem Betrieb die am Ausgang jedes der beiden Kanäle
1 und 11 auftretenden Signale entgegengesetzte Valenz aufweisen und
daß jedes der beiden Signale, diagonal zurückgeführt, ein notwendiges Eingangssignal
einer Kombinationsschaltung darstellt, daß die Kombinationsschaltungen so aufgebaut
sind, daß jeweils einem Funktionsglied ein Speicherglied nachgeschaltet ist, und
daß der Ausgang eines jeden Speichergliedes ein notwendiges Eingangssignal zur Aussteuerung
der Verknüpfungsfunktion des betreffenden Kanals liefert.
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An Hand der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele
werden der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
dargestellt und erläutert. Die Bezeichnungen gleicherFunktionsglieder sind bei übereinstimmender
Verwendung in den beiden Schaltungsbeispielen der Fig. 1 und 2 dieselben.
Das
in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsbeispiel zeigt ein vollständig
invers aufgebautes Zweikanalsystem, d. h., daß sowohl der Kanal II als auch
die zu diesem gehörigen, der Kontrolle dienenden Kombinationsschaltungen gegenüber
dem Kanal 1
mit seinen Kombinationsschaltungen invers aufgebaut sind. Dadurch
wird in einfacher Weise ermöglicht, daß über die diagonale Rückführung des jeweiligen
Ausgangssignals eines jeden Kanals zur Kombinationsschaltung und die durch die Kombinationsschaltung
erfolgende Aussteuerung der Verknüpfungsfunktion und über direkte diagonale Aussteuerung
der Verknüpfungsfunktion beider Kanäle durch die Steuersignale der Funktionsglieder
bei auftretenden inneren Fehlern die Steuerungsschaltung blockiert wird. Die geforderte
Inversion der beiden Kanäle wird dadurch erzielt, daß der erste Kanal durch die
konjunktive Verknüpfung von Disjunktionen oder einfach durch eine Konjunktion und
der zweite Kanal durch die disjunktive Verknüpfung von Konjunktionen oder einfach
durch eine Disjunktion dargestellt wird.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht der Kanal
1 aus dem konjunktiven Funktionsglied 1 und dem nachgeschalteten,
invertierenden Verstärker 2, während der Kanal 11 aus einem disjunktiven
Funktionsglied 11 und dem nachgeschalteten, invertierenden Verstärker 12
besteht. Die Kombinationsschaltungen bilden beim Kanal 1 ein disjunktives
Funktionsglied 3 mit einem Sp#eicherglied 4 und beim Kanal II ein konjunktives
Funktionsglied 13 mit einem Speicherglied 14. Eine weitere Kontrollschaltung
zum Kanal 1 setzt sich aus einem konjunktiven Funktionsglied 5 und
einem nachgeschalteten Zeitglied 6
zusammen, während die dazu inverse Schaltung,
die Kontrollschaltung zum Kanal II aus einem disjunktiven Funktionsglied
15 und einem nachgeschalteten Zeitglied 16 aufgebaut ist. Der Verbraucher
7 ist mittels der Dioden 8 richtungsabhängig zwischen die Ausgangspotentiale
der beiden Kanäle geschaltet. Die mit 9 bezeichneten Widerstände stellen
Ableitwiderstände dar. Der Einfachheit halber wurde die Verknüpfungsfunktion eines
jeden Kanals mittels eines einzigen Funktionsgliedes dargestellt. Sie kann in der
Praxis aus der Kombination einer Vielzahl von Funktionsgliedem bestehen. Beispielsweise
ist zu einem aus disjunktiver Verknüpfung von Konjunktionen bestehenden Kanal
1 die schaltungstechnische Inversion ein aus konjunktiver Verknüpfung von
Disjunktionen aufgebauten Kanal 11.
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Die in jedem Kanal der Verknüpfungsfunktion nachgeschalteten Verstärker
sind im Sinne der Steuersignale invertierende Glieder, in welchen der Strom in Phase,
die Ausgangsspannung aber invers zur Eingangsspannung liegt. Bei störungsfreiem
Betrieb sind die am Ausgang eines jeden Steuerungskanals liegenden Signale zueinander
antivalent. Die parallel zum Eingang eines jeden der beiden Kanäle geschalteten
Kombinationsschaltungen aus Funktionsgliedern stellen mit ihren Ausgängen einen
notwendigen Eingang zur Verknüpfungsfunktion des betreffenden Kanals dar. Diese
Kombinationsschaltungen geben das zur Durchsteuerung des jeweiligen Kanals notwendige
Signal nur weiter, wenn die Antivalenz der Ausgangssignale beider Kanäle gewahrt
und diese Ausgangssignale kreuzweise auf den entsprechenden Eingang der Kombinationsschaltungen
der beiden Kanäle gegeben werden. Die beiden Speicherglieder 4 und 14 sind invers
zueinander aufgebaut, weisen im Bedarfsfälle bevorzugtes Löschverhalten auf und
können in bekannten schaltungstechnischen Ausführungsformen ausgeführt sein. Zur
Umschaltung des Speichergliedes 4 werden -
Signalspannungen angelegt, während
der Umschaltvorgang des Speichergliedes 14 durch Wegnähme der Signalspannungen ausgelöst
wird. Die Zeitglieder 6
und 16 sind ebenfalls invers aufgebaut. Durch
einen am Eingang des Zeitgliedes 6 angelegten Impuls wird an demselben ein
Ausgangssignal vorgegebener Zeitdauer bewirkt, während durch ein impulsmäßiges Verschwinden
des Eingangssignals am Zeitglied 16
über eine bestimmte Zeitdauer dasselbe
kein Ausgangssignal aufweist.
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Die gesamte Schaltungsanordnung ist im Schaltungsbeispiel der Fig.
1 abgeschaltet, wenn an den
Eingängen a und b kein Signal, an
den Eingängen a und'h Signal anliegt. Das Fehlen der Eingangssignale am Funktionsglied
5 gibt die Bedingung, daß am Nein-Ausgang ein Signal ansteht. Dieses Ausgangssi,c",nal
liegt am Zeitglied 6, welches während einer bestimmten, vorgegebenen Zeitdauer
den Löscheingang des Speichergliedes 4 beaufschlagt. Gleichzeitig liegt der Nein-Ausgang
des disjunktiven Funktionsgliedes 3 auf dem Speichereingang des Speichergliedes
4. Die Signale dieser beiden Nein-Ausgänge (vom konjunktiven Funktionsglied
5 und vom disjunktiven Funktionsglied 3) sind beide je als
Eingang an die disjunktive Verknüpfungsfunktion 11 des Kanals II angeschlossen.
Der Ausgang des Speichergliedes 4 liegt als Vorbereitungseingang an der konjunktiven
Verknüpfungsfunktion 1 des Kanals I an. Während des gleichen Schaltzustandes
wird am Kanal II bewirkt, daß die disjunktive Verknüpfungsfunktion -erfüllt ist
und das Ausgangssignal »L« am Eingang des invertierenden Verstärkers 12 anliegt.
Die erfüllten Eingangsbedingungen der Verknüpfung des disjunktiven Funktionsgliedes
15 wie auch des konjunktiven Funktionsgliedes 13 bewirkt, daß am Nein-Ausgang
dieser beiden Funktionsglieder kein Signal anliegt. Das Ausgangssignal
»0« des Kanals 11,
während dieses Schaltzustandes, liegt diagonal zurückgeführt
als Eingang am disjunktiven Funktionsglied 3 des Kanals 1, während
gleichzeitig das Ausgangssignal »L« des Kanals I am Eingang des konjunktiven Funktionsgliedes
13 liegt.
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In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist
die Anordnung mit dem Verschwinden der Eingangssignale a oder b bzw.
a und b (entsprechend -a oder -5 bzw. -a und _5) ausgeschaltet, kann
aber erst wieder eingeschaltet werden, wenn sowohl Eingangssignal a als auch
b (entsprechend -a und *5) gleichzeitig, wenn auch nur kurzzeitig verschwinden.
Um für die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine
Wiedereinschaltung bei nur einem abgeschalteten Eingangssignal a oder
b
(entsprechend -a oder '5) zu ermöglichen, wird das Funktionsglied
13 bzw. 3 nicht mehr direkt von den Eingängen a und b bzw.
-a und b ausgesteuert, sondem vom Ja-Ausgang des Funktionsgliedes
5 bzw. 15.
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Der Schaltzustand wird geändert, wenn am Eingang des Kanals
1 Signale anliegen und gleichzeitig am Eingang des Kanals 11 die Signale
verschwinden. Die Anlage ist unter diesen Voraussetzungen eingeschaltet. Das konjunktive
Funktionsglied 5 und das disjunktive Funktionsglied 3 werden durch
die Eingangssignale beaufschlagt, somit durchgeschaltet und
verlieren
die am Nein-Ausgang auftretenden Signale. Das disjunktive Funktionsglied
15 wird während dieses Schaltzustandes nicht mehr durchgesteuert und zeigt
ein Signal am Nein-Ausgang. Dieses Signal liegt am nachfolgenden Zeitglied
16 und gleichzeitig als konjunktiver Eingang an der Verknüpfungsfunktion
1. Das Funktionsglied 13 wird während dieses Schaltzustandes nicht
mehr durchgesteuert, so daß am Nein-Ausgang ein Signal auftritt. Dieses Signal liegt
am Speichereingang des inversen Speichergliedes 14 und gleichzeitig als konjunktiver
Eingang an der Verknüpfungsfunktion 1. Dadurch ist die Eingangsbedingung
der konjunktiven Verknüpfungsfunktion 1 erfüllt und dieselbe durchaeschaltet.
Am Ausgang des invertierenden Verstärkers 2 und somit am Ausgang des Kanals
1 steht das Signal »0«, während am Ausgang des Kanals 11 das
Signal »L« ansteht, so daß der dazwischengeschaltete Verbraucher in gewünschter
Weise beaufschlagt wird. Die diagonale Einsteuerung der disjunktiven Verknüpfungsfunktion
11 durch die Signale der Nein-Ausgänge des konjunktiven Funktionsgliedes
5 und des disjunktiven Funktionsgliedes 3 wie auch die diagonale Einsteuerung
der konjunktiven Verknüpfungsfunktion 1 durch die Signale der Nein-Ausgänge
des disjunktiven Funktionsgliedes 15 und des konjunktiven Funktionsgliedes
13 gewährleisten eine direkte Signalüberwachung und damit eine spezielle
überwachung dieser Funktionsglieder auf Fehler.
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Die kreuzweise Verknüpfung der Signale beider Kanäle als notwendige
Eingangssignale an den Funktionsgliedern zusammen mit der kreuzweisen Rückführung
der Ausgangssignale der beiden vollständig invers aufgebauten Kanäle ergeben eine
einfache, wirtschaftlich und schaltungstechnisch besonders vorteilhafte überwachung
der Steuerungsanordnung auf innere Fehler. Der gesamte Arbeitsablauf der Steuerung
wird über die Eingänge a und b bzw. deren zugehörige Inversion -a
und'h und im Bedarfsfalle über einen oder mehrere zusätzliche Initiatoren
10 bestimmt.
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Die Abschaltung der Anordnung wird direkt oder über die Löscheingänge
der Speicherglieder 4 bzw. 14 vorgenommen. Wenn der Löscheingang der Speicherglieder
gegenüber dem Speichereingang bevorzugt ist, dann muß die Pausenzeit bis zum nächsten
Arbeitsanlauf größer sein als die vom Zeitglied 6 bzw. 16
vorgegebene
Zeit zur Abgabe des Signals. Ist die Pausenzeit kleiner als die Signalabgabezeit
des Zeitgliedes so wird der Speicher nicht vorbereitet, und die Bedingungen der
Verknüpfungsfunktion des betreffenden Kanals können nicht erfüllt werden.
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Während der Zeitdauer der Signalabgabezeit vom Zeitglied wird der
Speicher gelöscht, kann aber sofort nach Ablauf dieser Zeitdauer durch das vorgeschaltete
Funktionsglied den gegebenen Bedingungen entsprechend vorbereitet werden, so daß
an jedem Speicherausgang das gewünschte Signal anliegt. Treten die Abschaltsignale
in Form von Impulsen auf, dann wird kein Zeitglied benötigt.
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Die erfindungsgemäße Fehlerüberwachung der Anordnung wirkt sich beispielsweise
bei einer im Verstärker 2 oder im Konjunktionsglied 1 auftretenden Störung,
die am Ausgang des Kanals I ständig ein Signal »0« ergibt, so aus, daß nach
Beendigung des gerade vorliegenden Arbeitstaktes kein neuer Arbeitstakt beginnen
kann, da die UND-Bedingung des konjunktiven Funktionsgliedes 13 nicht mehr
erfüllt und damit das Speicherglied 14 nicht mehr in Arbeitsstellung geschaltet
wird. Dadurch liegt am Eingang der Disjunktion 11 ständig ein Signal »L«
und am Ausgang des Kanals 11 ein Signal »0« an.
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Bei auftretenden Störungen in den einzelnen Funktionsgliedern der
Kombinationsschaltungen wird durch die diagonale Einsteuerung eine sofortige Blockierung
der Anlage erzielt.
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Für bestimmte Arbeitsmaschinen ist es notwendig und/oder ausreichend,
die Löschung der Speicher und damit die Abschaltung der Anlage durch einen oder
zwei Initiatoren vorzunehmen. In Fig. 2 ist ein Schaltungsbeispiel ausgeführt, bei
dem separate Initiatoren die Beaufschlagung der Löscheingänge der Speicher und damit
die Abschaltung der Anlage vornehmen. Die Kombinationsschaltung des Kanals
11
stellt in dem Schaltungsbeispiel der Fig. 2 keine voll inverse Schaltung
zu der des Kanals I dar. Es werden zwei gleiche Speicherglieder verwendet, wodurch
am konjunktiven Funktionsglied 13 der Signalausgang, in diesem Falle der
Ja-Ausgang, nicht mehr direkt, sondern nur indirekt über den Nein-Ausgang durch
die kreuzweise Einsteuerung überwacht werden kann.