DE2841073A1

DE2841073A1 - Schaltungsanordnung zur verarbeitung von elektrisch dargestellten informationen

Info

Publication number: DE2841073A1
Application number: DE19782841073
Authority: DE
Inventors: Harald Beckermann; A Dr Ing Hartig
Original assignee: RUHRTAL GmbH; Ruhrtal Elektrizitatsgesellschaft Hartig GmbH and Co
Current assignee: RUHRTAL GmbH; Ruhrtal Elektrizitatsgesellschaft Hartig GmbH and Co
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1980-04-03
Also published as: US4317167A

Description

Ruhrtal-Elektrizitätsgesellschaft
Hartig GmbH & Co.
Ruhrtalstraße 19

Essen 16

Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrisch dargestellten Informationen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrisch dargestellten Informationen., insbes. von Meß-., Steuer- und/oder Regelsignalen in Energieversorgungsanlagen, Industrieanlagen usw., mit mindestens einem Mikroprozessor.

Schaltungsanordnungen der in Rede stehenden Art werden in verschiedensten Gebieten der Technik für verschiedenste Anwendungszwecke eingesetzt. Insbes. in Energieversorgungsanlagen^ Industrieanlagen usw. werden derartige Schaltungsanordnungen dazu ein-

0300U/0213

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

• 5*

gesetzt, eine Vielzahl von dezentral anfallenden Meß-, Steuer- und/oder Regelsignalen oder dergleichen zu registrieren, zu überwachen etc., also ganz allgemein zu verarbeiten. Bei der vielfach sehr großen Anzahl von zu verarbeitenden Signalen bietet sich an und ist auch schon realisiert worden, Schaltungsanordnungen der in Rede stehenden Art mit einem oder mehreren Mikroprozessoren auszurüsten. Mikroprozessoren, die üblicherweise einige zig-Tausend Schaltfunktionen auf kleinstem Raum vereinigen, können in erstaunlich weitem Umfang programmiert werden, so daß sie in Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art den unterschiedlichsten Aufgabenstellungen gleich angepaßt werden können.

Die Verwendung von Mikroprozessoren in Schaltungsanordnungen der in Rede stehenden Art hat jedoch in die Praxis noch so gut wie keinen Eingang gefunden, insbes. nicht bei Energieversorgungsanlagen,, Industrieanlagen usw.. Ein wesentlicher Grund dafür liegt darin, daß die Betreiber derartiger Anlagen der Verwendung von Mikroprozessoren mit höchstem Mißtrauen gegenüberstehen. Das erhebliche Mißtrauen gegenüber der Verwendung von Mikroprozessoren rührt daher, daß noch zuwenig Erfahrungen darüber vorliegen, inwieweit Mikroprozessoren den insbes. im Bereich von Energieversorgungsanlagen, Industrieanlagen usw. sehr hohen Forderungen nach Sicherheit gegen Ausfall oder Teilausfall entsprechen. Die erhebliche Komplexität von Mikroprozessoren führte dabei zu der Befürchtung, daß ein solcher Mikroprozessor unbemerkt vollständig oder teilweise ausfallen könne, - mit den entsprechenden unabsehbaren Folgen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der jede Störung

0300U/0213

coife are Essen

der Funktionsfähigkeit eines Mikroprozessors mit größtmöglicher Sicherheit nachgewiesen wird»

Die erfindungsgemäße SchaItungsanordnung, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet _a daß eine die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors permanent überwachende Kontrolleinheit vorgesehen ist und die Kontrolleinheit dann, wenn die Punktionsfähigkeit des Mikroprozessors nicht mehr gegeben ist, ein Ausfallsignal abgibt* Sind innerhalb einer Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art mehrere Mikroprozessoren vorgesehen so kann selbstverständlich jedem der Mikroprozessoren eine entsprechende Kontrolleinheit zugeordnet sein, es kann andererseits auch eine einzelne Kontrolleinheit die Funktionsfähigkeit sämtlicher Mikroprozessoren überwachen. In jedem Fall weist die Kontrolleinheit jede Störung der Funktionsfähigkeit, insbes» einen Ausfall oder Teilausfall des Mikroprozessors mit größtmöglicher Sicherheit nach. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist gewährleistet,, daß Störungen der Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors nicht unbemerkt bleiben, so daß rechtzeitig entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können.

Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft erläutert werden soll.

Die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors durch die Kontrolleinheit kann zunächst dadurch erfolgen, daß die Kontrolleinheit am Mikroprozessor mindestens ein Kontrollsignal,

030014/0213

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

gegebenenfalls an einem speziellen Kontrollanschluß, überwacht. Es liegt nahe, als Kontrollsignal hier einen der wesentlichen Betriebsparametern des Mikroprozessors, beispielsweise eine intern anstehende Spannung, die Stromaufnahme, gewisse Funktionszustände von digitalen Kontrollstufen oder dergleichen, heranzuziehen.

Eine andere Möglichkeit der Überwachung der Punktionsfähigkeit des Mikroprozessors durch die Kontrolleinheit besteht darin, daß die Kontrolleinheit auf einen Kontrollanschluß des Mikroprozessors Kontrollsignale gibt und über die rücklaufenden Kontrollsignale die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors überwacht wird. In diesem Fall arbeitet die Kontrolleinheit aktiv, sendet also Kontrollsignale aus. Die vom Mikroprozessor, gegebenenfalls nach erfolgter Verarbeitung innerhalb des Mikroprozessors, rücklaufenden Kontrollsignale werden dann innerhalb der Kontrolleinheit beispielsweise hinsichtlich Signalhöhe, Signalform, Signaldauer oder dergleichen mit den ursprünglich ausgesandten Kontrollsignalen verglichen. Zeigen die rücklaufenden Kontrollsignale ungewöhnlich starke Abweichungen, so läßt dies auf eine Störung der Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors schließen, es wird ein Ausfallsignal abgegeben.

Wegen der eingangs schon angesprochenen Komplexität eines Mikroprozessors ist es durchaus vorstellbar, daß die Funktionsfähigkeit einer oder mehrerer Funktionsgruppen des Mikroprozessors nicht mehr gegeben ist, ohne daß die Kontrollsignale dies erkennen ließen. Eine weitere Lehre der Erfindung geht daher dahin, daß die Kontrolleinheit auf einen Eingang des Mikroprozessors Kontrollsignale gibt und die an einem Ausgang des Mikroprozessors auftretenden AntwortsignaIe in der Kontrolleinheit ausgewertet werden.

0300U/0213

Amdrefewski, Honke, Gesfhuysen & Mssch, PafeinifiainwäSfe 5n Essen

Die genau spezifizierten Kontrollsignale werden also nicht auf einen speziellen Kontrollanschluß des Mikroprozessors gegeben^ sondern auf einen ganz normalen Eingang. Die Kontrollsignale werden also im Mikroprozessor entsprechend dem abgespeicherten Programm verarbeitet und an einem Ausgang des Mikroprozessors entsprechende Antwortsignale abgegeben. Entspricht das empfangene Antwortsignal nicht dem aufgrund der Eingabe des Kontrollsignals erwarteten Antwortsignal, so wird von der Kontrolleinheit ein Ausfallsignal abgegeben. Auf dem Verarbeitungsweg für das Kontrollsignal zwischen Eingang und Ausgang des Mikroprozessors werden eine Vielzahl von Punktionsgruppen des Mikroprozessors tangiert und dadurch auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft,, so daß auch ansonsten von außen nicht nachweisbare Störungen der Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors nachgewiesen werden können.

Die bislang behandelten Alternativen hinsichtlich der Überwachung

des Mikroprozessors durch die Kontrolleinheit beinhalten,, daß der Mikroprozessor mehr oder weniger passiv arbeitet^ zumindest Kontrollsignale im eigentlichen Sinne nicht aktiv erzeugt. Es kann aber durchaus zweckmäßig sein^, daß bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Mikroprozessor aktiv arbeitet, nämlich in festliegenden zeitlichen Abständen jeweils ein^, gegebenenfalls von einem Taktgeber des Mikroprozessors ausgelöstes Kontrollsignal abgibt. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft„ wenn das Kontrollsignal erst nach Durchlaufen mindestens einer Funktionsgruppe des Mikroprozessors an einem Kontrollansohluß des Mikroprozessors erscheint. Ebenso wie oben schon für den Fall eines von der Kontrolleinheit auf einen Eingang des Mikroprozessors gegebenen Kontrollsignales dargelegt, wird auch in diesem Fall das Kontrollsignal vom Mikroprozessor verarbeitet. Die dabei tangierten Funktionsgruppen werden so auf ihre Punktionsfähigkeit überprüft. Selbst-

0300U/0213

2841Q73

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Λ-

verständlich muß in diesem Pall dafür Sorge getragen werden, daß Programmkollisionen vermieden werden, daß also beispielsweise vom Kontrollsignal nicht ungewollt die Abgabe von Schaltsignalen ausgelöst wird oder dergleichen.

Wird vom Mikroprozessor in festliegenden zeitlichen Abständen jeweils ein Kontrollsignal abgegeben, so kann die Kontrolleinheit sehr einfach aufgebaut sein. Eine in diesem Fall vorteilhaft zu verwendende Kontrolleinheit weist ein Zeitglied auf, das von jedem Kontrollsignal des Mikroprozessors rücksetzbar ist, wobei bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeit zwischen zwei Kontrollsignalen das Ausfallsignal ausgelöst wird. Als Realisierungsmöglichkeit eines solchen Zeitgliedes bietet sich hier ein RC-Glied an. Von einer Konstantstromquelle versorgt, steigt an dem RC-Glied die Spannung immer wieder von neuem an, bis vermittels des Kontrollsignales des Mikroprozessors die Kapazität des RC-Gliedes kurzgeschlossen wird. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeit zwischen zwei Kontrollsignalen übersteigt die Spannung am RC-Glied einen zuvor vorgegebenen Schwellwert und das Ausfallsignal wird ausgelöst.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, ist die Kontrolleinheit Teil des Mikroprozessors. Vorteilhafterweise weist dabei der Mikroprozessor einen Selbstüberwachungsanschluß auf und gibt der Selbstüberwachungsanschluß das Ausfallsignal ab. Selbstverständlich muß das Ausfallsignal auch dann noch abgeben werden können, wenn die Spannungs/Strom-Versorgung des Mikroprozessors vollständig zusammengebrochen sein sollte.

Hinsichtlich des von der Kontrolleinheit abgegebenen Ausfallsignals

0300U/0213

Andrejewski, Honke, Gesfhuysem & Mosch, Patentanwälte in Essen

■Λθ-

bieten sich die verschiedensten Möglichkeiten. So kann die Kontrolleinheit als Ausfallsignal ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal abgeben. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß, gegebenenfalls zusätzlich zu dem akustischen und/oder optischen Alarmsignal, als Ausfallsignal ein elektronisches Alarmsignal abgegeben wird. Dieses elektronische Alarmsignal kann ohne weiteres über eine Fernleitung in eine Zentrale oder dergleichen übertragen werden.

Unabhängig von der Abgabe des Ausfallsignales ist eine besonders hohe Sicherheit bei Störungen der Punktionsfähigkeit des Mikroprozessors dann gegeben, wenn durch die Kontrolleinheit eine automatische Umschaltung auf einen parallel zu dem durch die Kontrolleinheit überwachten Mikroprozessor liegenden weiteren Mikroprozessor auslösbar ist. Insbes. bei Schaltungsanordnungen der in Rede stehenden Art, bei denen es auf eine möglichst kurze Zeitspanne zwischen dem Auftreten einer Störung der Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors und der Einleitung von entsprechenden Korrekturmaßnahmen ankommt, bietet sich diese Ausfuhrungsform an.

Schließlich ist es von besonderem Vorteil, wenn die Spannungsversorgung der Kontrolleinheit von der Spannungsversorgung des Mikroprozessors getrennt ist, so daß die Kontrolleinheit unabhängig vom Mikroprozessor stets funktionsfähig bleibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrisch dargestellten informationen.

0300U/0213

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

• 41-

In der in der einzigen Figur dargestellten Schaltungsanordnung werden elektrisch dargestellte Informationen, nämlich Meßsignale, verarbeitet, die von Signalgebern 1 abgegeben werden. Die Meßsignale der Signalgeber 1 werden in einem Mikroprozessor 2 verarbeitet. Dazu sind die Signalgeber 1 an Eingänge 3 des Mikroprozessors 2 angeschlossen. Die an den Eingängen 3 des Mikroprozessors 2 einkommenden Meßsignale der Signalgeber 1 bewirken nach Verarbeitung im Mikroprozessor 2 die Abgabe von Ausgangssignalen an Ausgängen 4 des Mikroprozessors 2. Durch die Ausgangssignale werden dann beispielsweise Schaltvorgänge oder dergleichen ausgelöst. Im übrigen ist der Mikroprozessor 2 mit einem Speicher 5 verbunden und an eine Spannungsversorgung 6 angeschlossen.

Wie die einzige Figur weiter zeigt, ist im übrigen eine die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors 2 permanent überwachende Kontrolleinheit 7 vorgesehen. Die Kontrolleinheit 7 gibt dann, wenn die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors 2 nicht mehr gegeben ist, ein Ausfallsignal ab. Zur Überwachung des Mikroprozessors 2 gibt die Kontrolleinheit 7 ein Kontrollsignal auf einen Kontrollanschluß 8 des Mikroprozessors 2. Über die an die Kontrolleinheit 7 rücklaufenden Kontrollsignale wird dabei die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors überwacht.

In der einzigen Figur gestrichelt eingezeichnet ist eine alternative Überwachungsmöglichkeit, bei der die Kontrolleinheit 7 Kontrollsignale auf einen Eingang 3 des Mikroprozessors 2 gibt, wobei dann die an einem Ausgang 4 des Mikroprozessors 2 auftretenden Antwortsignale in der Kontrolleinheit 7 ausgewertet werden. Die Kontrollsignale werden also dabei analog zu Meßsignalen in dem Mikroprozessor 2 verarbeitet.

0300U/0213

2Q / ι ο 4 I.

Andrejewsid, Honke, Gesfhuysen St Maseh, PatentanwäSie In Essen

Nur angedeutet ist in der einzigen Figur, wie die Kontrol]einheit 7 ein Ausfallsignal abgibt, daß nämlich die Kontrolleinheit 7 als Ausfallsignal ein elektronisches Alarmsignal über eine Fernleitung

9 abgibt.

Die Kontrolleinheit 7 ist im übrigen an eine Spannungsversorgung

10 angeschlossen. Wie die einzige Figur deutlich zeigt, ist dabei die Spannungsversorgung Io der Kontrolleinheit 7 ^V(jn der Spannungsversorgung 6 des Mikroprozessors 2 getrennt.

0300U/0213

Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

Patentansprüche:

1J Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrisch dargestellten Informationen, insbes. von Meß-, Steuer- und/oder Regelsignalen in Energieversorgungsanlagen, Industrieanlagen usw., mit mindestens einem Mikroprozessor, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors (2) permanent überwachende Kontrolleinheit (7) vorgesehen ist und die Kontrolleinheit (7) dann, wenn die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors (2) nicht mehr gegeben ist, ein Ausfallsignal abgibt.
2. Schaltungsanrodnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) am Mikroprozessor (2) mindestens ein Kontrollsignal, gegebenenfalls an einem speziellen Kontrollanschluß (8) überwacht.
J5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) auf einen Kontrollanschluß (8) des Mikroprozessors (2) Kontrollsignale gibt und über die rücklaufenden Kontrollsignale die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors (2) überwacht wird.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) auf einen Eingang (3) des Mikroprozessors (2) Kontrollsignale gibt und die an einem Ausgang (4) des Mikroprozessors (2) auftretenden Antwortsignale in der Kontrolleinheit (7) ausgewertet werden.

030014/0213

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

■i-
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (2) in festliegenden zeitlichen Abständen jeweils ein, gegebenenfalls von einem Taktgeber des Mikroprozessors (2) ausgelöstes Kontrollsignal abgibt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Kontrollsignal erst nach Durchlaufen mindestens einer Punktionsgruppe des Mikroprozessors (2) an einem Kontrollanschluß (8) des Mikroprozessors (2) erscheint.
7· Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) ein Zeitglied aufweist, das Zeitglied von jedem Kontrollsignal des Mikroprozessors (2) rücksetzbar ist und bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeit zwischen zwei Kontrollsignalen das Ausfallsignal ausgelöst wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied als RC-Glied ausgeführt ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) Teil des Mikroprozessors (2) ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (2) einen Selbstüberwachungsanschluß aufweist und der Selbstüberwachungsanschluß das Ausfallsignal abgibt.

0300U/0213

Andrejewski, Honlce, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

. 3·
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) als Ausfallsignal ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal abgibt.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurchgekennzeichnet, daß die Kontrolleinheit (7) als Ausfallsignal ein elektronisches Alarmsignal abgibt.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kontrolleinheit (7) eine
automatische Umschaltung auf einen parallel zu dem durch die
Kontrolleinheit (7) überwachten Mikroprozessor (2) liegenden
weiteren Mikroprozessor auslösbar ist.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung (lo) der Kontrolleinheit (7) von der Spannungsversorgung (6) des Mikroprozessors (2) getrennt ist.

030014/0213