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Einrichtung zur zentralen Antivalenzüberwachung von elektronischen
Steuerungen Zur Erhöhung der Sicherheit bei elektronischen Steuereinrichtungen ist
es bekannt, die übertragungswege doppelt aufzubauen, und zwar so, daß der eine Kanal
ein dem zweiten Kanal entgegengesetztes, d. h. antivalentes Signal führt. So muß
z. B. der zweite Kanal das Signal 0 führen, wenn der erste Kanal L-Signal hat. Jede
Abweichung von dieser Antivalenz ist das Zeichen für einen Fehler.
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Um jederzeit derartige Fehler festzustellen und melden zu können,
wurden Antivalenzkontrolleinrichtungen und Auslöseeinrichtungen vorgeschlagen, an
die jeweils zwei zu überwachende Leitungen angeschlossen werden. Der Aufwand für
derartige überwachungseinrichtungen ist sehr erheblich, besonders dann, wenn auch
Stellungsrückmeldungen elektronisch erfolgen, für Verriegelungszwecke in eine elektronische
Verriegelungsapparatur eingegeben werden und mit zu überwachen sind. In diesem Zusammenhang
wurden, z. B. in der Schaltanlagentechnik, Maßnahmen zur Verminderung des Verriegelungsaufwandes
bekannt, die besonders bei Zentralfeldsteuerungen Vorteile bieten, weil die Verriegelungsapparatur
für alle Felder in das Zentralfeld verlegt werden kann und daher nur einmal erforderlich
ist. Weiterhin sind sogenannte Schaltervorwahlsteuerungen zur Verminderung des Aufwandes
an Leitungen, Geräten und Raum bekannt. Auch ist bekannt, Endrelais zur Schalterbetätigung
über Vorwähleinrichtungen zu führen und damit Leitungen zu sparen.
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Die Erfindung betrifft eine zentrale Antivalenzkontrolleinrichtung
für zweikanalige elektronische Steuerungen zur Erfassung von Fehlsignalen, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß alle auf Antivalenz zu überwachenden Leitungen einer Gruppe
zusammengehörender Schaltgeräte derart mit einer Gatterkombination verbunden werden,
daß im Ruhezustand sämtliche L-Signale dieser Gruppe, die vor einer Diode abgegriffen
werden, auf ein Und-Gatter und alle 0-Signale dieser Gruppe auf ein exklusives Oder-Gatter
gegeben werden, so daß von den Ausgängen dieser Gatterkombination her ständig ein
antivalentes Kontrollsignal, das sich aus allen Einzelsignalen zusammensetzt, an
einer zentralen Antivalenzkontrollapparatur ansteht, die bei jeder Abweichung von
der Antivalenz die Betätigungsstromkreise sperrt und eine Störungsmeldung abgibt.
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Die gruppenweise zusammengefaßten Antivalenzkontrollmeldungen von
zwei zusammengehörenden Gruppen, z. B. Anwahl- und Steuergruppen, können in einer
weiteren Gatterkombination zusammengefaßt und erst dann zentral ausgewertet werden.
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Zwei oder mehr unabhängig voneinander arbeitende Schaltgruppen, z.
B. Schaltfelder, deren Antivalenzkontrollsignale gruppen- oder felderweise zusammengefaßt
sind, können so auf eine Gatterkombination geschaltet werden, daß diese unabhängigen
Parallelsignale in ein gemeinsames Antivalenzkontrollsignal verwandelt werden, das
wiederum auf die zentrale Antivalenzkontrollapparatur arbeitet. Eine große Zahl
gruppen- oder feldweise zusammengefaßter Antivalenzkontrollsignale kann über einen
Diodenwähler im Zusammenhang mit Wahlvorgängen auf eine zentrale Antivalenzkontrollapparatur
geschaltet werden.
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Ferner können die zum Zentralfeld führenden Rückmeldeleitungen und
eine dort vorgesehene elektronische Verriegelungseinrichtung derart auf Antivalenz
überwacht werden, daß nur eine Antivalenzkontrollmeldung für alle- Zentralfeld-
und Diodenwählereinrichtungen zur zentralen Antivalenzkontrollapparatur führt und
dort zur Sperrung und Meldung ausgewertet wird. Es ist möglich, alle im Zentralfeld
und im Diodenwähler liegenden elektronischen Geräte dauernd an die Antivalenzkontrollapparatur
anzuschließen. Ein gemeinsames Antivalenzkontrollgerät kann die Erfassung und Auswertung
der A.ntivalenzkontrolle der Rückmeldeeinrichtungen und der Gruppen- bzw. Feldanwahl
übernehmen.
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Eine Abfrageeinrichtung ermöglicht bei nicht angewählten Feldern feldweise
nacheinander kurzzeitige Verbindung der zusammengefaßten Antivalenzkontrollsignale
der einzelnen Schaltergruppen bzw.
Schaltfelder mit der zentralen
Antivalenzkontrollapparatur. Die im Zusammenhang mit der Antivalenzkontrolle vorgesehene
Abfrageeinrichtung ist mitbenutzbar für die Feldanwahl. Zweckmäßig überwachen die
in den Antivalenzkontrolleitungen liegenden elektronischen Geräte sich -selbst.
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In Fig.1 ist die erfindungsgemäße Anordnung schematisch dargestellt.
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Mit 1 ist eine - Steuereinrichtung bezeichnet, die mehrere antivalente
elektronische Einzelbefehle über die Leitungspaare 2.1 bis 2.5 und die in den Leitungen
liegenden Dioden 3.1 bis 3.5 zu den Empfängern 4'.1 bis 4.5 führen, in denen eine
Relaisspule 5 an die Leitungen 2, z. B: 2.1, angeschlossen ist. Bis zu diesen Empfängern
sind die elektronischen Einrichtungen auf Antivalenz zu kontrollieren. Bei derartigen
Steuereinrichtungen ist dafür gesorgt, daß von der Steuereinrichtung 1 immer nur
ein Steuerbefehl durchgegeben werden kann. Wird zufolge eines Fehlers ein weiterer
Steuerbefehl gleichzeitig mit dem ersten Befehl durchgegeben, wird dies als Störung
gemeldet. Die erwähnte Steuerungsart wird z. B. bei Werkzeugmaschinen-, Aufzugs-
oder Schaltanlagensteuerungen häufig verwendet.
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Erfindungsgemäß werden die übertragungsleitungen 2.1 bis 2.5 durch
Antivalenzkontrolleitungen so angezapft, daß an die Leitungen a die Kontrollleitungen
b angeschlossen und auf das Und-Gatter 7 geschaltet werden. An die Leitungen b werden
die Kontrolleitungen 8 angeschlossen, die zu einem exklusiven Oder-Gatter 9 führen,
das nur dann ein L-Signal abgibt, wenn nur einer der Eingänge ein L-Signal führt.
Stehen dagegen zwei oder mehr L-Signale an, dann wird der Ausgang zu 0. Die Ausgänge
10 und 11 der Gatter 7 und 9 sind auf die Eingänge b' und a' einer Antivalenzkontrollapparatur
12 geschaltet, die über die Ausgänge 13 die Betätigung in der Steuereinrichtung
1 oder die Weitergabe der Signale in den Empfängern 4 im Falle einer Antivalenzstörang
sperrt. Der Ausgang 14 kann zur Meldung einer Antivalenzstörung herangezogen werden.
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An dem Ausführungsbeispiel einer elektronisch aufgebauten Schalteranwahlsteuerung
für Hochspannungsschaltanlagen sollen die oben erläuterten erfindungsgemäßen Maßnahmen
beschrieben werden: Im Ruhezustand führen alle a-Ausgänge der Steuereinrichtung
1, die beispielsweise aus einer Schaltervorwahltastatur besteht, L-Signal, während
gleichzeitig an allen b-Ausgängen 0-Signal ansteht. Über die Kontrolleitungen 6
und 8 werden diese Signale den Gattern 7 und 9 in solcher Weise zugeführt, daß alle
a-Leitungen mit L-Signal an das Und-Gatter 7 angeschlossen sind und alle b-Leitungen
mit 0-Signal zum exklusiven Oder-Gatter 9 führen. Die Ausgänge 10 und 11 dieser
Gatter führen also L-bzw. 0-Signal zu den Eingängen b' bzw. ä der Antivalenzeinrichtung
12, die über die Leitung 13 die Betätigung freigibt, weil ein antivalentes Sammelsignal
vorhanden ist.
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Bei ordnungsgemäßer Betätigung, z. B. über die Leitungen 2.1 zum Relais
5 im Empfänger 4.1, werden die Signale auf diesen Leitungen umgekehrt; d. h. Leitung
u führt 0- und Leitung b L-Signal, so daß Relais 5 anziehen kann. Durch diesen Signalwechsel
schalten auch die Gatter 7 und 9 um. Dem Antivalenzkontrollgerät 12 wird weiterhin
ein antivalentes Signal, jedoch in umgekehrter Reihenfolge zugeführt. Tritt eine
Störung derart auf, daß auf den Leitungen 2.2 zwei L-Signale anstehen, dann liefern
die Gatter 7 und 9 bei Ruhezustand über die Ausgänge 10 und 11 zwei L-Signale und
bei Betätigung einer Schaltervorwahl zwei 0-Signale an das Antivalenzkontrollgerät
12, das daraufhin sofort die Betätigung über die Leitungen 13 sperrt.
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In vielen Anwendungsfällen wird eine derartige Vorwahlsteuerung mit
einem zentralen Schaltgerät kombiniert, das nach erfolgter Vorwahl die Steuerung
übernimmt und ebenfalls auf Antivalenz überwacht werden soll.
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Weitere Einzelheiten der Antivalenzkontrolleinrichtung nach Fig. 1
sind aus Fig. 2 am Beispiel einer Hochspannungs-Schaltervorwahlsteuerung ersichtlich.
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Mit 15 sind die Steuerelemente für »Ein« und »Aus« bezeichnet. Bei
anderen Anwendungsfällen können an die Stelle der »Ein«- und »Aus«-Befehle die Kommandos
»Vor-Zurück«, »Auf-Ab«, »Links-Rechts« usw. treten.
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Der Aufbau der Steuerschaltung entspricht den in Fig. 1 dargestellten
Einrichtungen. Die Befehle der Empfänger 4.6 bzw. 4.7 gehen über die Leitungen 16
zu den Empfängern 4.1 bis 4.5. Die Ausgänge der Antivalenzkontrolle für die Steuerelemente
sind mit 17 bzw. 18 bezeichnet. In den exklusiven Oder-Gattern 19 und 20 werden
die Antivalenzkontrollmeldungen, die schon als Sammelmeldungen über die Leitungen
10, 11 und 17, 18 ankommen, zusammen gefaßt und als zentrale Antivalenzkontrolhneldung
über die Leitungen 10.1 und 11.1 in der oben beschriebenen Weise an die Antivalenzkontrollapparatur
12 gemeldet, die im Störungsall über die Leitungen 13 die Betätigung sperrt und
über die Leitung 14 meldet.
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In manchen Fällen, z. B. bei Schalteranwahlsteuerungen für Hochspannungs-Schaltanlagen,
kann es zweckmäßig sein, die in Fig. 2 für eine Steuereinrichtung bzw. für ein Feld
vorgesehene Antivalenzkontrollapparatur 12 für zwei oder mehrere unabhängig voneinander
arbeitende Steuereinrichtungen bzw. Felder zu benutzen.
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Die dazu erforderliche zusätzliche Gatterkombination geht aus den
Fig. 3 und 4 hervor, die den An schluß von zwei, drei oder vier unabhängigen Steuereinrichtungen
bzw. Schaltfeldern an .eine Antivalenzkontrollapparatur veranschaulichen.
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Fig. 3 zeigt .die Anordnung für die zentrale Antivalenzkontrolle für
zwei bzw. drei unabhängige Steuereinrichtungen bzw. Schaltfelder. Die Feldkontrollsignale
der Leitungen 10.1, 11.1 und 10.2, 11.2 führen zu den exklusiven Oder-Gattern 21,22
und außerdem von allen vier Leitungen zum exklusiven Oder-Gatter 23. Im Normalbetrieb
sperrt Gatter 23, während die Gatter 21 und 22 durchgeschaltet sind und auf das
Und-Gatter 24 arbeiten, das ebenfalls durchschaltet. Damit wird dem Eingang ä der
Antivalenzkontrolläpparatur 12 L-Signal und dem Eingang b' 0-Signal zugeführt. Durch
die den Feldern übergeordnete Gatteranordnung bleiben beim störungsfreien Betrieb
die Signale am Antivalenzkontrollgerät stets in der gleichen Reihenfolge. Tritt
eine Antivalenzstörung auf, dann werden die Signale der Eingänge a' und b' gleich
oder kehren ihre Reihenfolge um. In beiden Fällen wird über die Leitungen 13 in
den angeschlossenen Feldern die Betätigung gesperrt und über die Leitung 14 gemeldet.
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Beim Anschluß von drei Überwachungen an eine gemeinsame Antivalenzkontrolle
wird die Antivalenzmeldung
vom dritten Feld im exklusiven Oder-Gatter
25 zusammengefaßt und über die gestrichelte Leitung dem Gatter 24 zusätzlich zugeführt.
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Beim Anschluß von vier unabhängigen Steuerungen bzw. Schaltfeldern
(Fig. 4) ist die zusammenfassende Gatterkombination 21, 22, 23 doppelt vorhanden.
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Die Ausgänge der Gatter 21, 22 führen, im Normalbetrieb mit L-Signal
belegt, zum Und-Gatter 24, während die im Normalbetrieb 0-Signal führenden Ausgänge
der Gatter 23 auf das Oder-Gatter 26 führen. Eingang a' der Antivalenzkontrolleinrichtung
12 erhält vom Gatter 24 L-Signal und Eingang b' vom Gatter 26 0-Signal. Gleiche
Signale oder Signalumkehr an diesen Eingängen bewirkt Sperrung der Betätigungen
über die Leitungen 13 bei gleichzeitiger Meldung über die Leitung 14.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist
beispielsweise bei der Anwendung sogenannter elektronischer Zentralfeldsteuerungen
gegeben, wenn eine große Zahl elektronisch gesteuerter Schaltfelder auf Antivalenz
zu überwachen ist. Zentralfeldsteuerungen werden vorzugsweise in der Schaltanlagentechnik
verwendet, doch sind sie auch für Steuerungen einer größeren Zahl anderer gleichartiger
Steuerungsaufgaben geeignet.
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An einer elektronischen Zentralfeldsteuerung soll die Wirkungsweise
der erfindungsgemäßen Antivalenzkontrolle erläutert werden (Fig. 5).
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Das Zentralfeld besteht aus dem Rückmelde- und Verriegelungsteil1,
dem Steuerteil 2 und dem Antivalenzkontrollteil3. Im Rückmeldeteil1 werden die Rückmeldungen
eines angewählten Feldes von einem Feldervorwahlorgan, beispielsweise einem Diodenwähler,
her in eine Verriegelungsapparatur eingegeben, in die außerdem übergeordnete Verriegelungsbedingungen,
z. B. Abhängigkeiten von Kuppelschaltern usw., antivalent hineingehen. Die Ergebnisse
gehen über die Leitungen 4 in den Steuerteil 2, der den Positionen 1 und 15 in den
Fig. 1 und 2 entspricht. Außerdem enthält er die Feldanwahltasten zur Ansteuerung
der einzelnen Felder 5 über den erwähnten Diodenwähler 6. Auf den Steuerteil 2 und
die Spannungsversorgung der Felder 5 arbeitet die Antivalenzkontrolle 3 über die
Sperrleitungen 13.
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Bis zu den Eingängen a des Diodenwählers 6 stehen von jedem Feld her
laufend die Rückmeldesignale an. Über die Leitung c wird von jedem Feld 5 her ein
antivalentes Kontrollsignal zum Diodenwähler 6 geliefert. Die Ausgänge b des Diodenwählers
werden nur bei Steuerbefehlen für ein bestimmtes, vorher angewähltes Feld durchgeschaltet.
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Wird vom Steuerteil 2 aus über den Eingang b des Diodenwählers ein
Feld angewählt, dann werden die Rückmeldungen a des angewählten Feldes auf den Rückmeldeteil
1 geschaltet. Gleichzeitig wird die nach Fig. 1 oder 2 gebildete Antivalenzkontrolle
der Leitungen 10.1, 11.1 über den Diodenwähler auf die zentrale Antivalenzkontrolle
3 geschaltet. Zusätzlich erhält sie vom Rückmeldeteil 1 her eine Antivalenzkontrollmeldung
für die Verriegelung, die entsprechend den Fig. 1 bis 4 aufgebaut sein kann. Beide
Antivalenzmeldungen können gemäß Fig.3 zusammen ausgewertet werden.
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Bei auftretenden Antivalenzstörungen in allen elektronischen Teilen,
die hinter dem Diodenwähler zu den Feldern 5 hin liegen, werden Antivalenzstörungen
erst im Augenblick einer Feldanwahl erfaßt. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird
die Feldanwahl der Antivalenzkontrolle (in Fig. 5) von der übrigen Feldanwahl getrennt
und über besondere Leitungen durchgeführt, die an eine selbsttätige Abfrageeinrichtung
angeschlossen werden können. Wenn kein Feld ausgewählt ist, werden durch die Abfrageeinrichtung
alle Felder nacheinander auf das zentrale Antivalenzkontrollgerät 12 geschaltet
und auf Antivalenz überprüft. Wird ein beliebiges Feld angewählt, dann schaltet
sich die Abfrage sofort ab bzw. läuft bei entsprechender Schaltung bekannter Art
bis zu dem angewählten Feld und bleibt stehen.
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Alle im Zentralfeld und Diodenwähler liegenden elektronischen Geräte,
sind dauernd an die Antivalenzkontrolle angeschlossen. Durch den erfindungsgemäßen
Aufbau der Schaltung überwachen sich die in den Antivalenzkontrolleitungen liegenden
Elemente selbst.