DE19808595A1

DE19808595A1 - Semiconductor circuit arrangement, especially for safety-related application

Info

Publication number: DE19808595A1
Application number: DE1998108595
Authority: DE
Inventors: Rainer Horstkotte; Alwin Kroeck
Original assignee: Schneider Automation GmbH
Current assignee: Schneider Automation GmbH
Priority date: 1998-02-28
Filing date: 1998-02-28
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2018-03-01
Also published as: DE19808595B4

Abstract

The arrangement has an electric load and two semiconductor arrangements, which comprise respectively parallel circuits for limiting a voltage rise. A voltage level monitoring circuit (52, 36) in each semiconductor arrangement (30, 46) has a first input connected with a reference voltage, and a second input connected with the load output of the respective semiconductor arrangement, as well as over a capacitor (54,38) with the pole (64, 66) of the other semiconductor arrangement. The arrangement has an electric load and two semiconductor arrangements which comprise respectively parallel circuits for limiting a voltage rise. One of the semiconductor arrangements is connected with one of two load connections and a pole of an AC voltage source, and the other with the other load connection and the other pole of the AC voltage source. A voltage level monitoring circuit (52, 36) in each semiconductor arrangement (30, 46) is connected at its output with an evaluation unit. A first input of the monitoring circuit is connected with a reference voltage, derived from the voltage of the AC voltage source, and adjusted on the voltage at the load output of the respective semiconductor arrangement. A second input is connected with the load output of the respective semiconductor arrangement, as well as over a capacitor (54,38) with the pole (64, 66) connected at the other semiconductor arrangement of the AC voltage source.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen, mit einem elektrischen Verbraucher und mit zwei jeweils nichtleitend und bidirektional leitend steuerbaren Halbleiteranordnungen, die jeweils parallele Schaltungen zur Dämpfung des Spannungsanstiegs aufweisen und von denen die eine mit einem der beiden Anschlüsse des Verbrauchers und einem Pol einer Wechselspannungsquelle und die andere mit dem anderen der beiden Anschlüsse des Verbrauchers und dem anderen Pol der Wechsel spannungsquelle verbunden ist.The invention relates to an arrangement, in particular for safety-relevant Applications, with one electrical consumer and with two each non-conductive and bidirectionally conductive controllable semiconductor devices, each with parallel circuits Have damping of the voltage rise and one of which with one of the two Connections of the consumer and one pole of an AC voltage source and the other with the other of the two connections of the consumer and the other pole the change voltage source is connected.

Schaltungsanordnungen der vorstehend beschriebenen Art werden z. B. zur Steuerung von technischen Geräten und Maschinen eingesetzt, die Anforderungen in Bezug auf Sicherheit erfüllen müssen. Sicherheit bedeutet hierbei eine solche vor Fehlern und Störungen im Be triebsablauf der Geräte und Maschinen, die Menschen und den Geräten und Maschinen gefährlich werden kann. Die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung wird insbesondere bei Pressen, Scheren und Stanzen benutzt, die mit Hilfe von speicherprogrammierbaren Steuerungen gesteuert werden. Die elektrischen Verbraucher an den Pressen, Scheren und Stanzen sind z. B. die Spulen von elektromagnetischen Auslösern. Die speicherpro grammierbaren Steuerungen erzeugen die Ansteuersignale für die steuerbaren Halbleiteranord nungen oder Halbleiterelemente. Um die Zuverlässigkeit und Sicherheit im Betriebsablauf zu erhöhen, werden die Steuerungen vorzugsweise redundant verwendet, d. h. es werden z. B. zwei speicherprogrammierbare Steuerungen parallel eingesetzt, von denen jeweils eine einem der Halbleiteranordnungen zugeordnet ist. Als Halbleiteranordnungen können Zweirichtungs thyristoren (TRIACs) oder gegensinnig parallel geschaltete Thyristoren verwendet werden. Die steuerbaren Halbleiteranordnungen bilden Ausgänge des die beiden speicherprogrammier bare Steuerungen enthaltenden redundanten Systems.Circuit arrangements of the type described above are, for. B. to control technical equipment and machinery used, the requirements in terms of safety have to meet. Security here means that of errors and malfunctions in the loading drive sequence of devices and machines, people and devices and machines can be dangerous. The circuit arrangement described at the outset is in particular used on presses, scissors and punches, which are programmable with the help of Controls can be controlled. The electrical consumers on the presses, scissors and Die cutting is e.g. B. the coils of electromagnetic triggers. The storage pro Programmable controllers generate the control signals for the controllable semiconductor arrangement or semiconductor elements. To ensure reliability and security in the operational process increase, the controls are preferably used redundantly, i. H. z. B. Two programmable logic controllers are used in parallel, one of which is used for each is assigned to the semiconductor devices. As a semiconductor device bidirectional thyristors (TRIACs) or thyristors connected in parallel in opposite directions can be used. The controllable semiconductor arrangements form outputs of the two memory programmers redundant system containing bare controls.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache Überwachungsanordnung für eine Anordnung mit einem elektrischen Verbraucher und mit zwei nichtleitend und bidirektional leitend steuerbaren Halbleiteranordnungen bereitzustellen, von denen die eine mit einem der beiden Anschlüsse des Verbrauchers und einem Pol einer Wechselspannungsquelle und die andere mit dem anderen Pol der Wechselspannungsquelle und dem anderen der beiden Anschlüsse des Verbrauchers verbunden ist.The invention is based on the problem of a simple monitoring arrangement for a Arrangement with one electrical consumer and with two non-conductive and bidirectional Provide conductive controllable semiconductor devices, one of which with one of the two connections of the consumer and one pole of an AC voltage source and the another with the other pole of the AC voltage source and the other of the two Connections of the consumer is connected.

Das Problem wird bei einer Anordnung mit einem elektrischen Verbraucher und mit zwei nichtleitend und bidirektional leitend steuerbaren Halbleiteranordnungen, die je parallele Schaltungen zur Begrenzung des Spannungsanstiegs aufweisen und von denen eine mit einem der beiden Anschlüsse des Verbrauchers und dem Pol einer Wechselspannungsquelle und die andere mit dem anderen Anschluß des Verbrauchers und dem anderen Pol der Wechsel spannungsquelle verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß je Halbleiteranordnung eine ausgangsseitig an eine Auswerteinheit angeschlossene Spannungspegelüberwachungs schaltung mit einem ersten Eingang an eine von der Spannung der Wechselspannungsquelle abgeleitete, auf die Größe der Spannung am verbraucherseitigen Ausgang der jeweiligen Halbleiteranordnung bei nichtleitender Halbleiteranordnung abgestimmte Referenzspannung gelegt und mit einem zweiten Eingang mit dem verbraucherseitigen Ausgang der Halbleiter anordnung sowie über einen Kondensator mit dem an die andere Halbleiteranordnung angeschlossenen Pol der Wechselspannungsquelle verbunden ist. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung lassen sich Fehler der Reihenschaltung aus dem Verbraucher und den Halbleiter anordnungen erkennen. Ein Fehler in einer Halbleiteranordnung besteht beispielsweise darin, daß die Halbleiteranordnung in einer Stromrichtung leitet. Da die Halbleiteranordnung dann im gesperrten Zustand wie eine Diode arbeitet, wird der Kondensator an einen Eingang der Überwachungsanordnung aufgeladen, wodurch die Ansprechschwelle der zugeordneten Spannungspegelüberwachungsschaltung überschritten wird.The problem is solved with an arrangement with one electrical consumer and two non-conductive and bidirectionally conductive controllable semiconductor arrangements, each parallel Have circuits for limiting the voltage rise and one of which has a of the two connections of the consumer and the pole of an AC voltage source and the another with the other connection of the consumer and the other pole of the change Voltage source is connected, solved according to the invention in that each semiconductor arrangement a voltage level monitor connected on the output side to an evaluation unit circuit with a first input to one of the voltage of the AC voltage source derived on the magnitude of the voltage at the consumer-side output of the respective Semiconductor arrangement with a non-conductive semiconductor arrangement matched reference voltage placed and with a second input to the consumer-side output of the semiconductor arrangement and via a capacitor to the other semiconductor arrangement connected pole of the AC voltage source is connected. With the invention Circuit can errors of the series connection from the consumer and the semiconductor recognize orders. One fault in a semiconductor device is, for example, that the semiconductor device conducts in a current direction. Then the semiconductor device works in the blocked state like a diode, the capacitor is connected to an input of the Monitoring arrangement charged, causing the response threshold of the associated Voltage level monitoring circuit is exceeded.

Die Reihenschaltung der Halbleiteranordnungen ermöglicht Prüfungen der Schaltungsteile, ohne daß der Verbraucher eingeschaltet ist. Wenn von beiden Spannungspegelüberwa chungsschaltungen keine Meldungen vorhanden sind, kann bei einem Einschaltbefehl vor dessen Ausführung jeder der Halbleiteranordnungen zunächst für sich ein- und ausgeschaltet werden. Aus der damit hervorgerufenen Meldung der zugeordneten Spannungspegelüber wachungsschaltung und dem anschließenden Wegfall der Meldung wird die einwandfreie Arbeitsweise der jeweiligen Halbleiteranordnung erkannt. Nach der Prüfung der beiden Halbleiteranordnungen und Feststellung ihrer einwandfreien Arbeitsweise werden zur Ausführung des Befehls beide Halbleiteranordnungen zugleich leitend gesteuert.The series connection of the semiconductor arrangements enables tests of the circuit parts, without the consumer being switched on. If both voltage levels are monitored switching circuits, there are no messages, can occur with a switch-on command the execution of each of the semiconductor arrangements is initially switched on and off for itself become. From the resultant message of the assigned voltage level monitoring circuit and the subsequent elimination of the message will be the flawless Operation of the respective semiconductor device recognized. After examining the two Semiconductor arrangements and determination of their perfect functioning become Execution of the command to control both semiconductor devices simultaneously.

Zweckmäßigerweise sind zu den Halbleiteranordnungen jeweils die Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstands zur Begrenzung des Spannungsanstiegs an den Halblei teranordnungen geschaltet. Bei nichtleitenden Halbleiteranordnungen werden die Spannungen an den mit diesen jeweils verbundenen Eingängen Eingänge der Spannungspegelüberwa chungsschaltungen von den Reihenschaltungen, im folgenden auch RC-Schaltungen genannt, und der Impedanz des Verbrauchers bestimmt.The series connection of one to the semiconductor arrangements is expedient Capacitor and a resistor to limit the voltage rise at the half lead ter arrangements switched. In the case of non-conductive semiconductor arrangements, the voltages Inputs of the voltage level monitor at the inputs connected to these circuits from the series circuits, also referred to below as RC circuits, and the impedance of the consumer.

Der elektrische Verbraucher ist insbesondere eine Spule mit einem beweglich angeordneten Elektromagnet. Derartige Anordnungen werden als Steuerelemente in Pressen, Scheren und Stanzen usw. eingesetzt. Die über die RC-Schaltungen bei nichtleitenden Halbleiteranord nungen und die Spule fließenden Wechselströme sind wesentlich kleiner als der Ansprech strom der elektromagnetischen Vorrichtung.The electrical consumer is in particular a coil with a movably arranged Electromagnet. Such arrangements are used as controls in presses, scissors and Punching etc. used. The on the RC circuits in non-conductive semiconductor arrangement voltage and the coil flowing alternating currents are much smaller than the response current of the electromagnetic device.

Die Referenzspannungen für die Spannungspegelüberwachungsschaltungen werden vorzugs weise je an Kondensatoren eines Spannungsteilers abgegriffen, der aus der Reihenschaltung wenigstens eines Widerstands und zweier Kondensatoren besteht, von denen einer mit einem Anschluß an den einen Pol und der andere mit einem Anschluß an den anderen Pol der Wechselspannungsquelle gelegt ist. Durch entsprechende Dimensionierung der Bauelemente des Spannungsteilers werden die Referenzspannungen an die an den Spulenanschlüssen bei nichtleitenden Halbleiteranordnungen anstehenden Spannungen angeglichen.The reference voltages for the voltage level monitoring circuits are preferred tapped depending on the capacitors of a voltage divider coming from the series circuit there is at least one resistor and two capacitors, one of which with one Connection to one pole and the other with a connection to the other pole of the AC voltage source is laid. By dimensioning the components accordingly of the voltage divider are the reference voltages at the at the coil connections nonconductive semiconductor devices matched voltages.

Zwischen den verbraucherseitigen Anschlüssen der Halbleiteranordnungen und den Eingängen der Spannungspegelüberwachungsschaltungen sind zweckmäßigerweise jeweils Widerstände vorgesehen.Between the consumer-side connections of the semiconductor arrangements and the inputs the voltage level monitoring circuits are expediently resistors intended.

Die Halbleiteranordnungen mit den Reihenschaltungen aus Kondensatoren und Widerständen, d. h. den RC-Schaltungen und die Spannungspegelüberwachungsschaltungen mit den an die Eingänge jeweils angeschlossenen Kondensatoren und Widerständen sowie je eine Hälfte des Spannungsteilers für die Referenzspannung sind vorzugsweise je in verschiedenen Bau gruppen angeordnet, wobei die Spannungspegelüberwachungsschaltung in der einen Baugruppe mit ihrem einen Eingang an den verbraucherseitigen Ausgang der Halbleiteranordnung der anderen Baugruppe angeschlossen ist. Diese Anordnung in verschiedenen Baugruppen oder Modulen hat den Vorteil, daß Beschädigungen, Fehler oder Störungen an oder in einer Baugruppe sich nicht unmittelbar auf alle Halbleiteranordnungen und Spannungspegelüber wachungsschaltungen auswirken können. Damit wird erreicht, daß bei einem Fehler in einer Baugruppe nicht eine Gefahr für das an die Steuerung angeschlossene Gerät entsteht.The semiconductor devices with the series connections of capacitors and resistors, d. H. the RC circuits and the voltage level monitoring circuits with those to the Inputs connected capacitors and resistors as well as one half each Voltage dividers for the reference voltage are preferably different in construction groups arranged, the voltage level monitoring circuit in one module with one input to the consumer-side output of the semiconductor device other module is connected. This arrangement in different assemblies or Modules have the advantage that damage, errors or faults on or in one Assembly does not immediately affect all semiconductor devices and voltage levels guard circuits can affect. This ensures that in the event of an error in a Module does not pose a danger to the device connected to the control.

Die Spannungspegelüberwachungsschaltung besteht vorzugsweise aus einem Optokoppler parallel zu einem Widerstand, wobei der Parallelschaltung wenigstens ein Widerstand vorgeschaltet ist. Durch den Optokoppler werden die Stromkreise der Auswerteinheit von den Starkstromkreisen mit dem Verbraucher galvanisch getrennt. Die Widerstände sind in ihrer Größe so aufeinander abgestimmt, daß die am Optokoppler bei nichtleitenden Halbleiter anordnungen anstehende Spannung kleiner als dessen Schwellenspannung ist.The voltage level monitoring circuit preferably consists of an optocoupler parallel to a resistor, the parallel connection having at least one resistor is connected upstream. The circuits of the evaluation unit are separated by the optocoupler Power circuits with the consumer galvanically isolated. The resistances are in theirs Size matched so that the optocoupler in non-conductive semiconductors Arrangements pending voltage is less than its threshold voltage.

Zur Erhöhung der Ansprechspannungen sind den Parallelschaltungen aus Optokopplern und Widerständen insbesondere wenigstens zwei Zener-Dioden gegensinnig gepolt vorgeschaltet.To increase the response voltages, the parallel circuits made of optocouplers and Resistors, in particular, upstream of at least two Zener diodes with opposite polarity.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen und den diesen zu entnehmenden Merkmale - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der folgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten bevor zugten Ausführungsbeispiels.Further details, features and advantages of the invention result not only from the Claims and the features to be extracted from them - individually and / or in combination -, but also from the following description of one shown in a drawing drafted embodiment.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung mit einem elektrischen Verbraucher in Reihe mit zwei Halbleiteranordnungen und Schaltungen zur Überwachung der Halbleiteranordnungen, Fig. 1 is a circuit diagram of an arrangement having an electrical load in series with two semiconductor devices and circuits for monitoring the semiconductor devices,

Fig. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer Überwachungsanordnung gemäß Fig. 1, FIG. 2 shows a circuit diagram of a first embodiment of a monitoring arrangement according to FIG. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Überwachungsanordnung gemäß Fig. 1. Fig. 3 is a circuit diagram of a second embodiment of a monitoring arrangement of FIG. 1.

Eine Schaltungsanordnung für sicherheitsrelevante Anforderungen enthält zwei Baugruppen 10, 12 mit elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen. Die Baugruppen 10, 12 können in einem Baugruppenträger montiert sein und enthalten jeweils eine Reihe von Anschlüssen, von denen in Fig. 1 vier Anschlüsse an den beiden Baugruppen mit 14, 16, 18, 20 und 22, 24, 26, 28 bezeichnet sind. In der Baugruppe 10 ist eine Halbleiterschaltung in Form eines TRIACs 30 angeordnet, der je mit einer Elektrode an den Anschluß 14 und 16 gelegt ist. Parallel zum TRIAC 30 ist eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 32 und einem Widerstand 34 angeordnet. In der Baugruppe 10 befindet sich weiterhin eine Spannungs pegelüberwachungsschaltung 36, deren Aufbau unten noch näher beschrieben wird. Die Spannungspegelüberwachungsschaltung 36 weist zwei Eingänge auf, von denen einer einerseits über einen Kondensator 38 mit dem Anschluß 14 und andererseits über einen Widerstand 40 mit dem Anschluß 18 verbunden ist. Der andere Eingang der Spannungs pegelüberwachungsschaltung 36 ist über einen Kondensator 42 mit dem Anschluß 14 und über einen Widerstand 44 mit dem Anschluß 20 verbunden. In der Baugruppe 10 können noch weitere Anordnungen z. B. der vorstehend beschriebenen Art mit entsprechenden Baugruppenanschlüssen vorgesehen sein.A circuit arrangement for safety-relevant requirements contains two assemblies 10 , 12 with electrical or electronic components. The subassemblies 10 , 12 can be mounted in a subrack and each contain a number of connections, of which four connections on the two subassemblies are designated by 14 , 16 , 18 , 20 and 22 , 24 , 26 , 28 in FIG. 1. A semiconductor circuit in the form of a TRIAC 30 is arranged in the assembly 10 and is connected to the connection 14 and 16 with one electrode each. A series circuit comprising a capacitor 32 and a resistor 34 is arranged in parallel with the TRIAC 30 . In the assembly 10 there is also a voltage level monitoring circuit 36 , the structure of which will be described in more detail below. The voltage level monitoring circuit 36 has two inputs, one of which is connected to the connection 14 on the one hand via a capacitor 38 and on the other hand to the connection 18 via a resistor 40 . The other input of the voltage level monitoring circuit 36 is connected to the terminal 14 via a capacitor 42 and to the terminal 20 via a resistor 44 . In the assembly 10 further arrangements such. B. the type described above can be provided with appropriate module connections.

Die Baugruppe 12 hat den gleichen Aufbau wie die Baugruppe 10, d. h. ein TRIAC 46 und eine zum TRIAC 46 parallel gelegte Reihenschaltung aus einem Widerstand 48 und einem Kondensator 50 sind mit den Anschlüssen 22 und 24 verbunden.The assembly 12 has the same structure as the assembly 10 , ie a TRIAC 46 and a series connection of a resistor 48 and a capacitor 50 connected in parallel to the TRIAC 46 are connected to the connections 22 and 24 .

Eine Spannungspegelüberwachungsschaltung 52 ist mit einem Eingang über einen Kon densator 54 mit dem Anschluß 22 und über einen Widerstand 56 mit dem Anschluß 26 verbunden und ist weiterhin an ihrem anderen Eingang einerseits über einen Kondensator 58 mit dem Anschluß 22 und über einen Widerstand 60 mit dem Anschluß 28 verbunden.A voltage level monitoring circuit 52 is connected to an input via a capacitor 54 to the terminal 22 and via a resistor 56 to the terminal 26 and is also at its other input on the one hand via a capacitor 58 to the terminal 22 and a resistor 60 to the terminal 28 connected.

Die Anschlüsse 16 und 24 der Baugruppen 10, 12 sind je mit einem Ende einer Spule 62 eines elektromagnetischen Geräts verbunden. Die Spule 62 hat einen beweglichen Magnet kern. Das Gerät ist beispielsweise ein Betätigungsorgan in einer Presse oder Stanze. Die Anschlüsse 20, 28 sind direkt miteinander verbunden. Weiterhin sind jeweils die Anschlüsse 16 und 26 und die Anschlüsse 18 und 24 direkt miteinander verbunden.The connections 16 and 24 of the assemblies 10 , 12 are each connected to one end of a coil 62 of an electromagnetic device. The coil 62 has a movable magnetic core. The device is, for example, an actuator in a press or punch. The connections 20 , 28 are connected directly to one another. Furthermore, the connections 16 and 26 and the connections 18 and 24 are connected directly to one another.

Der Anschluß 14 ist an den einen Pol 66 einer Wechselspannungsquelle und der Anschluß 22 mit dem anderen Pol 64 der Wechselspannungsquelle verbunden, der z. B. geerdet ist.The connection 14 is connected to the one pole 66 of an AC voltage source and the connection 22 to the other pole 64 of the AC voltage source, the z. B. is grounded.

Die Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36 und 52 sind mit nicht näher bezeichneten Ausgängen an eine Auswerteinheit angeschlossen, in der sich weitere Bauelemente zur Steuerung der Presse befinden. Die Auswerteinheit ist nicht näher dargestellt. Die Span nungspegelüberwachungsschaltungen 36, 52 haben gleiche Ansprechschwellen. Die Wech selspannung ist beispielsweise die Netzwechselspannung.The voltage level monitoring circuits 36 and 52 are connected to an evaluation unit, in which outputs are not specified, in which further components for controlling the press are located. The evaluation unit is not shown in detail. The voltage level monitoring circuits 36 , 52 have the same response thresholds. The AC voltage is, for example, the AC mains voltage.

Wenn die TRIACs 30, 46 nichtleitend sind, dann sind die Kondensatoren 50, 32, die Wider stände 34, 48 und die Spule 62 in Reihe an die Pole 64, 66 der Wechselspannungsquelle gelegt. Die Impedanz der Spule 62 ist bei den üblichen elektromagnetischen Betätigungs organen an Pressen, Scheren und Stanzen wesentlich kleiner als die Impedanzen der aus den Widerständen 34, 48 und den Kondensatoren 32 und 50 bestehenden RC-Dämpfungsglieder. Die Spannungsabfälle an der vorstehend beschriebenen Reihenschaltung treten daher im wesentlichen an den RC-Dämpfungsgliedern auf. An den Anschlüssen 24 und 16 treten somit in etwa Spannungen von der halben Höhe der Wechselspannung auf. Die Reaktanzen der Kondensatoren 38 und 54 sind groß im Verhältnis zu den Widerständen 40 und 56, so daß die Spannungen an den Anschlüssen 16 und 24 in etwa an den einen Eingängen der Span nungspegelüberwachungsschaltungen 36 und 52 anliegen.If the TRIACs 30 , 46 are non-conductive, then the capacitors 50 , 32 , the resistors 34 , 48 and the coil 62 are connected in series to the poles 64 , 66 of the AC voltage source. The impedance of the coil 62 is in the usual electromagnetic actuators on presses, shears and punches much smaller than the impedances of the resistors 34 , 48 and the capacitors 32 and 50 existing RC attenuators. The voltage drops at the series connection described above therefore occur essentially at the RC attenuators. At the connections 24 and 16 , therefore, approximately half the level of the AC voltage occurs. The reactances of the capacitors 38 and 54 are large in relation to the resistors 40 and 56 , so that the voltages at the terminals 16 and 24 are approximately at the one inputs of the voltage level monitoring circuits 36 and 52 .

Die Kondensatoren 42, 58 und die Widerstände 44 und 60 sind in Reihe an die Pole 64, 66 der Wechselspannungsquelle angeschlossen, wodurch ein Spannungsteiler gebildet wird. Die Reaktanzen der Kondensatoren 42, 58 sind gleich und wesentlich größer als die Werte der Widerstände 44, 60. Deshalb liegen an den anderen Eingängen der Spannungspegelüber wachungsschaltungen 36, 52 bei nichtleitenden TRIACs 30, 46 in etwa Spannungen in der halben Höhe der Netzwechselspannung an. Bei nichtleitenden TRIACs 30, 46 sind die Spannungen an beiden Eingängen der Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36, 52 in etwa gleich, wobei die Differenzen dieser Spannungen kleiner als die Ansprechschwellen der Spannungspegelüberwachungsschaltungen sind. Die an den Kondensatoren 42 und 58 jeweils abgegriffenen Referenzspannungen ändern sich proportional zu den Änderungen der Netz wechselspannung, so daß die Netzspannungsschwankungen keinen Einfluß auf das An sprechverhalten der Spannungspegelüberwachsschaltungen 36, 52 ausüben.The capacitors 42 , 58 and the resistors 44 and 60 are connected in series to the poles 64 , 66 of the AC voltage source, thereby forming a voltage divider. The reactances of the capacitors 42 , 58 are the same and significantly larger than the values of the resistors 44 , 60 . Therefore, at the other inputs of the voltage level monitoring circuits 36 , 52 in the case of non-conductive TRIACs 30 , 46 , approximately half the level of the AC mains voltage is present. In the case of non-conductive TRIACs 30 , 46 , the voltages at both inputs of the voltage level monitoring circuits 36 , 52 are approximately the same, the differences between these voltages being smaller than the response thresholds of the voltage level monitoring circuits. The reference voltages tapped at the capacitors 42 and 58 each change in proportion to the changes in the mains AC voltage, so that the mains voltage fluctuations have no influence on the response behavior of the voltage level excess circuits 36 , 52 .

Wird z. B. der TRIAC 30 leitend gesteuert, dann geht die Spannung am Anschluß 16 und damit am einen Eingang der Spannungspegelüberwachungsschaltung 52 auf die Größe der Spannung des Pols 66 der Wechselspannungsquelle über. Damit wird die Ansprechschwelle der Spannungspegelüberwachungsschaltung 52 überschritten, wodurch eine entsprechende Meldung an die Auswerteinheit abgegeben wird. Wenn der TRIAC 30 wiederum nichtleitend gesteuert wird, kehrt die Spannung am Anschluß 16 auf den halben Wert der Netzwechsel spannung zurück, wodurch die von der Spannungspegelüberwachungsschaltung 52 erzeugte Meldung beendet wird. Is z. B. the TRIAC 30 controlled, then the voltage at the terminal 16 and thus at an input of the voltage level monitoring circuit 52 to the size of the voltage of the pole 66 of the AC voltage source. The response threshold of the voltage level monitoring circuit 52 is thus exceeded, as a result of which a corresponding message is sent to the evaluation unit. If the TRIAC 30 is again controlled to be non-conductive, the voltage at the terminal 16 returns to half the value of the mains AC voltage, whereby the message generated by the voltage level monitoring circuit 52 is ended.

Bei der Einschaltung des TRIACs 48 geht die Spannung am Anschluß 24 vom halben Wert der Netzspannung auf den Wert der Spannung am Pol 64 über, wodurch die Ansprech schwelle der Spannungspegelüberwachungsschaltung 36 überschritten wird. Es entsteht daher eine Meldung am Ausgang der Spannungspegelüberwachungsschaltung 36. Diese Meldung wird beendet, wenn der TRIAC 48 wieder nichtleitend gesteuert wird.When the TRIAC 48 is switched on, the voltage at the connection 24 changes from half the value of the mains voltage to the value of the voltage at the pole 64 , as a result of which the response threshold of the voltage level monitoring circuit 36 is exceeded. A message therefore arises at the output of the voltage level monitoring circuit 36 . This message is ended when the TRIAC 48 is controlled non-conducting again.

Durch die Reihenschaltung der TRIACs 30 und 46 und der Spule 62 wird die Möglichkeit geschaffen, jeweils einen TRIAC zur Prüfung seiner Funktion ein- und auszuschalten, d. h. leitend und nichtleitend zu steuern, während der andere TRIAC nichtleitend bleibt. Auf diese Weise kann der Zustand des TRIACs durch Auswertung der beim Ein- und Ausschalten auftretenden Meldungen der Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36 und 52 festgestellt werden. Bei voll funktionsfähigem Zustand des ein- und ausgeschalteten TRIACs erzeugt die den TRIAC überwachende Spannungspegelüberwachungsschaltung beim Einschalten einer Meldung, die beim Ausschalten aufhört. Die Prüfung kann regelmäßig für die beiden TRIACs 30, 46 nacheinander oder auch nur von einer Einschaltung der Spule 62 zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit ausgeführt werden.The series connection of the TRIACs 30 and 46 and the coil 62 makes it possible to switch one TRIAC on and off to test its function, ie to control it to be conductive and non-conductive, while the other TRIAC remains non-conductive. In this way, the state of the TRIAC can be determined by evaluating the messages of the voltage level monitoring circuits 36 and 52 that occur when switching on and off. If the TRIAC is switched on and off in a fully functional state, the voltage level monitoring circuit which monitors the TRIAC generates a message when it is switched on, which stops when it is switched off. The test can be carried out regularly for the two TRIACs 30 , 46 one after the other or only by switching on the coil 62 to check the functionality.

Durch die Prüfung können Fehler in den TRIACs 30, 46 erkannt werden. Bei einem Kurz schluß eines TRIACs spricht die zugehörige Spannungspegelüberwachungsschaltung ständig und unabhängig von den Ansteuersignalen an. Eine andere Fehlerquelle bei einem TRIAC ist die Unterbrechung der Sperrfähigkeit in nur einer Stromrichtung. Ein derartiger TRIAC arbeitet in gesperrten Zustand wie eine Diode. Wird ein derartiger TRIAC, z. B. der TRIAC 30, zur Überprüfung seines Zustands gesperrt gesteuert, dann wird der von der zugeordneten Spannungspegelüberwachungsschaltung am Eingang angeordnete Kondensator, z. B. der Kon densator 54, auf den Scheitelwert der Wechselspannung aufgeladen, wodurch zwischen den Eingängen der entsprechenden Spannungspegelüberwachungsschaltung, z. B. der Schaltung 52, die Ansprechschwelle überschritten wird, was eine Meldung am Ausgang der Schaltung erzeugt. Die Meldung wird von der Auswerteinheit verarbeitet.The test can identify errors in the TRIACs 30 , 46 . In the event of a short circuit of a TRIAC, the associated voltage level monitoring circuit responds continuously and independently of the control signals. Another source of error in a TRIAC is the interruption of blocking capability in only one direction of current. Such a TRIAC works in the blocked state like a diode. If such a TRIAC, e.g. B. the TRIAC 30 , controlled to check its status locked, then the capacitor arranged by the associated voltage level monitoring circuit at the input, z. B. the capacitor 54 , charged to the peak value of the AC voltage, whereby between the inputs of the corresponding voltage level monitoring circuit, for. B. the circuit 52 , the response threshold is exceeded, which generates a message at the output of the circuit. The message is processed by the evaluation unit.

Die TRIACs 30, 46 mit den zugehörigen RC-Dämpfungsschaltungen sind in getrennten Baugruppen aus Sicherheitsgründen angeordnet. Mechanische Beschädigungen die sich auf die elektrische Funktion der jeweiligen Baugruppe auswirken, verursachen daher nicht zugleich eine Beschädigung der anderen Baugruppe. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß die Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36, 52 jeweils die TRIAC-Schaltungen nicht in ihrer eigenen, sondern der anderen Baugruppe überwachen, d. h. es ist eine erhöhte Si cherheit dafür vorhanden, daß ein Fehler in der beschädigten Baugruppe sofort erfaßt und gemeldet wird.The TRIACs 30 , 46 with the associated RC damping circuits are arranged in separate modules for safety reasons. Mechanical damage that affects the electrical function of the respective module therefore does not cause damage to the other module at the same time. It is particularly advantageous that the voltage level monitoring circuits 36 , 52 each monitor the TRIAC circuits not in their own but in the other module, ie there is increased security for an error in the damaged module to be detected and reported immediately.

In Fig. 2 ist der Aufbau einer Spannungspegelüberwachungsschaltung im Detail dargestellt. Die Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36 und 52 können den in Fig. 2 gezeigten Aufbau haben. An den einen Eingang 68 der Schaltung sind zwei gegensinnig gepolte Zener-Dioden 70, 72 in Reihe geschaltet, die wiederum in Serie mit einem Widerstand 74 an geordnet sind. Ein Optokoppler 76 parallel mit einem Widerstand 78 ist in Reihe mit dem Widerstand 74 gelegt und an den zweiten Eingang 80 der Spannungspegelüberwachungs schaltung angeschlossen.In FIG. 2, the structure of a voltage level monitoring circuit in detail is shown. The voltage level monitoring circuits 36 and 52 may have the structure shown in FIG. 2. At one input 68 of the circuit, two oppositely polarized Zener diodes 70 , 72 are connected in series, which in turn are arranged in series with a resistor 74 . An optocoupler 76 in parallel with a resistor 78 is connected in series with the resistor 74 and connected to the second input 80 of the voltage level monitoring circuit.

Wenn die Spannungspegelüberwachungsschaltung gemäß Fig. 2 als Schaltung 36 in der Baugruppe 10 angeordnet ist, dann ist der Eingang 68 mit dem Kondensator 38 und dem Widerstand 40 und der Eingang 80 mit dem Kondensator 42 und dem Widerstand 42 verbunden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.If the voltage level monitoring circuit according to FIG. 2 is arranged as a circuit 36 in the assembly 10 , then the input 68 is connected to the capacitor 38 and the resistor 40 and the input 80 is connected to the capacitor 42 and the resistor 42 , as shown in FIG. 1 is shown.

Die Zener-Dioden 70, 72 bestimmen die Ansprechschwelle der Spannungspegelüberwa chungsschaltung, d. h. die Ansprechschwelle entspricht der Zener-Spannung einer Diode, wobei die Dioden gleiche Zener-Spannungen haben. Durch den Optokoppler 76 werden die logischen Schaltkreise, z. B. Prozessoren, der Auswerteinheit galvanisch von den Stark stromkreisen mit Netzwechselspannung getrennt.The Zener diodes 70 , 72 determine the response threshold of the voltage level monitoring circuit, ie the response threshold corresponds to the Zener voltage of a diode, the diodes having the same Zener voltages. Through the optocoupler 76 , the logic circuits, for. B. processors, the evaluation unit galvanically isolated from the power circuits with AC voltage.

Die in Fig. 3 dargestellte Spannungspegelüberwachungsschaltung 82, die ebenfalls, wie in der Fig. 3 in Bezug auf die Verbindung mit den externen Bauelementen gezeigt, die Ausgestal tung der in Fig. 1 dargestellten Spannungspegelüberwachungsschaltung 36 sein kann, enthält einen Optokoppler 76, der demjenigen gemäß der Schaltung in Fig. 2 entspricht und mit der gleichen Bezugsziffer 76 bezeichnet ist. Parallel zum Optokoppler 76 ist ein Widerstand 84 gelegt. Der Parallelschaltung aus dem Optokoppler 76 und dem Widerstand 84 ist ein Widerstand 86 vorschaltet. Der Widerstand 86 ist über einen Eingang 88 der Spannungs pegelüberwachungsschaltung an den Kondensator 40 und den Widerstand 38 angeschlossen. Der Widerstand 84 ist über den anderen Eingang 90 mit dem Widerstand 44 und dem Kon densator verbunden. Durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 84, 86 wird in Verbindung mit der Schwellenspannung des Optokopplers 76 die Ansprechschwelle festge legt. In entsprechender Weise kann die Schaltung 82 als Spannungspegelüberwachungs schaltung 52 mit den Bauelementen 56, 60, 58 und 54 verbunden sein.The voltage level monitoring circuit 82 shown in FIG. 3, which can also be the embodiment of the voltage level monitoring circuit 36 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3 with regard to the connection to the external components, contains an optocoupler 76 which corresponds to that corresponds to the circuit in FIG. 2 and is designated by the same reference number 76 . A resistor 84 is connected in parallel with the optocoupler 76 . A resistor 86 is connected upstream of the parallel connection of the optocoupler 76 and the resistor 84 . The resistor 86 is connected to the capacitor 40 and the resistor 38 via an input 88 of the voltage level monitoring circuit. The resistor 84 is connected via the other input 90 to the resistor 44 and the capacitor. By the voltage divider from the resistors 84 , 86 , the response threshold is determined in connection with the threshold voltage of the optocoupler 76 . In a corresponding manner, the circuit 82 can be connected as a voltage level monitoring circuit 52 to the components 56 , 60 , 58 and 54 .

Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen ermöglichen im Zusammenwirken mit der Auswerteinheit, die insbesondere auch die Ansteuerschaltung für die TRIACs 30, 46 enthält, eine Überwachung nicht nur der TRIACs 30, 46 auf Fehler, sondern auch der Verbindungs leitungen, bei denen eine Unterbrechung von den Spannungspegelüberwachungsschaltungen wie ein trotz eines Einschaltsignals nichtleitender TRIAC erfaßt wird. Auch Kurzschlüsse auf den Verbindungsleitungen werden von den Spannungspegelüberwachungsschaltungen 36, 52 erfaßt, wenn trotz des Wechsels der Ansteuersignale an die im Zuge dieser Leitungen angeordneten TRIACs kein Wechsel der Ausgangssignale der Spannungspegelüberwa chungsschaltungen stattfindet.The circuit arrangements according to the invention, in cooperation with the evaluation unit, which in particular also contains the control circuit for the TRIACs 30 , 46 , enable monitoring not only of the TRIACs 30 , 46 for errors, but also of the connecting lines, in which an interruption from the voltage level monitoring circuits, such as TRIAC is detected despite a switch-on signal. Also short circuits on the connecting lines are detected by the voltage level monitoring circuits 36 , 52 if, despite the change in the control signals to the TRIACs arranged in the course of these lines, there is no change in the output signals of the voltage level monitoring circuits.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann das Versagen von Bauteilen erkannt werden, bevor es zum Einschalten der Spule 62, d. h. dem Anlegen der Spule an die volle Wechsel spannung kommt. Damit wird die Sicherheit der gesamten Anordnung wesentlich erhöht.Due to the arrangement according to the invention, the failure of components can be detected before the coil 62 is switched on , ie the application of the coil to the full alternating voltage. This significantly increases the security of the entire arrangement.

Claims

1. Arrangement, in particular for safety-related applications, with an electrical consumer and with two non-conductive and bidirectionally conductive controllable semiconductor arrangements, each having parallel circuits to limit the voltage rise and one of which has one of the two terminals of the consumer and one pole of one AC voltage source and the other is connected to the other of the two connections of the consumer and the other pole of the AC voltage source, characterized in that for each semiconductor arrangement ( 30 , 46 ) a voltage level monitoring circuit ( 52 , 36 ) connected on the output side to an evaluation unit with a first input to one derived from the voltage of the AC voltage source, to the magnitude of the voltage at the consumer-side output of the respective semiconductor arrangement ( 30 , 46 ) matched reference voltage and with a second input to the consumer-side output de r semiconductor arrangement ( 30 , 46 ) and via a capacitor ( 54 , 38 ) with the to the other semiconductor arrangement ( 46 , 30 ) connected pole ( 64 , 66 ) of the AC voltage source.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that to the semiconductor devices ( 30 , 46 ) each have a series connection of a capacitor ( 32 , 50 ) and a resistor ( 34 , 48 ) for limiting the voltage rise at the semiconductor devices ( 30 , 46 ) is switched.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the electrical consumer is a coil ( 62 ) with a movably arranged electromagnet.

4. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reference voltages for the voltage level monitoring circuits ( 36 , 52 ) each on a capacitor ( 42 , 58 ) of a voltage divider can be tapped, which from the series circuit of at least one resistor ( 44 , 60 ) and two condensers ( 42 , 58 ).

5. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that resistors ( 56 , 40 ) are provided in each case between the consumer-side connections of the semiconductor arrangements ( 30 , 46 ) and the inputs of the voltage level monitoring circuits ( 52 , 36 ).

6. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the semiconductor arrangement ( 30 , 46 ) with the series circuits of capacitors ( 32 , 50 ) and resistors ( 34 , 48 ) and the voltage level monitoring circuits ( 36 , 52 ) with the the inputs connected capacitors ( 38 , 54 ) and resistors ( 40 , 56 ) and each half of the voltage divider for the reference voltage are each arranged in different modules ( 10 , 12 ), and that the voltage level monitoring circuit ( 36 , 52 ) in the a module ( 10 , 12 ) is connected with its one input to the consumer-side output of the semiconductor arrangement ( 46 , 30 ) of the other module ( 12 , 10 ).

7. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that TRIACs ( 30 , 46 ) are provided as semiconductor arrangements.

8. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the voltage monitoring circuits ( 36 , 52 ) each have an optocoupler ( 76 ) in parallel with a resistor ( 78 ) and that the parallel connection of optocoupler ( 76 ) and resistor ( 78 ) at least one resistor ( 86 ) is connected upstream.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the parallel connection of optocoupler ( 76 ) and resistor ( 78 ) are connected upstream of at least two oppositely polarized Zener diodes ( 70 , 72 ).

10. Arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized, that the alternating voltage source delivers the mains alternating voltage.

11. The arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the reference voltage is approximately half the size of the AC voltage at the poles ( 66 , 64 ) of the AC voltage source.