DE3235660A1

DE3235660A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung eines elektrischen messfuehlers auf unterbrechung und ueberbrueckung

Info

Publication number: DE3235660A1
Application number: DE19823235660
Authority: DE
Inventors: Klaus 8520 Erlangen Hantke
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-09-27
Filing date: 1982-09-27
Publication date: 1984-03-29
Also published as: JPS5979862A; DE3235660C2

Description

Schaltungsanordnung zur Uberwachung eines elektrischen Meßfühlers auf Unterbrechung und Überbrückung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Uberwachung eines elektrischen Meßfühlers mit induktivem Innenwiderstand auf Unterbrechung und Uberbrückung.
Unterbrechungen oder Uberbrückungen von Meßfühlern führen beispielsweise in Steuerungsanlagen im allgemeinen zu einer Fehlfunktion der Anlage. Zum Schutz des Bedienungspersonals, der Anlage selbst, sowie - z.B. bei elektronisch gesteuerten Werkzeugmaschinen - eines zu bearbeitenden Werkstücks ist es daher in vielen Fällen unumgänglich, bei einer Störung eines Meßfühlers die Anlage unverzugleich auszuschalten. Wenn beispielsweise in einem Drehzahlregelkreis ein einen Drehzahlistwert liefernder Tachogenerator ausfällt, so würde der nachgeschaltete Antrieb unkontrolliert weiterlaufen. Dies soll durch eine Uberwachungsschaltungverhindert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sowohl eine Unterbrechung als auch eine Uberbrückung eines Meßfühlers mit der zugehörigen Anschlußleitung sicher und mit geringem Aufwand erkannt wird, wobei das Meßsignal des Meßfühlers durch die Uberwachungsschaltung nicht beeinträchtigt werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßfühler in Reihenschaltung mit einem Widerstand und einem Kondensator mit einem Rechteckspannungsgenerator verbunden ist, der eine bezüglich des Meßsignals des Meßfühlers hochfreqlente Ausgangsspannung liefert, daß die am Widerstand abfallende Spannung Je einem ersten Eingang eines ersten und eines zweiten Komparators zugeführt ist, an deren zweitem Eingang jeweils eine Verglelchsspannung ansteht, daß dem ersten Komparator ein erstes Glättungsfilter nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge des ersten Glättungsfilters und des zweiten Komparators über eine Entkopplungsdiocie mit einer Ausgangskleeme verbunden sind, wobei die beiden Vergleichsspannungen so gewählt sind, daß die erste Vergleichsspannung unter der im ungestörten Betrieb am Widerstand anstehenden Amplitude der Spannung liegt und daß die zweite Vergleichsspannung zwischen der im ungestörten Betrieb und der bei überbrücktem Meßfühler am Widerstand anstehenden Amplitude der Spannung liegt.
Bei einer derartigen Uberwachungsschaltung spricht bei Unterbrechung oder Überbrückung des Meßfühlers stets einer der beiden Komparatoren an und meldet eine Störung.
Das Meßsignal und die zur Uberwachung dienende Spannung lassen sich leicht voneinander selektieren, da die t)berwachungsspannung wesentlich hochfrequenter ist.
Vorteilhafterweise wird zwischen das erste Glättungsfilter bzw. den zweiten Komparator und die Ausgangsklemme ein dritter Komparator eingefügt, dessen Vergleichswert so eingestellt ist, daß er nur bei einer Störung des Meßfühlers anspricht. Mit diesem dritten Komparator erhält man ein definiertes Ausgangssignal, das je nachdem, ob der Meßfühler gestört ist oder nicht, "0" oder "1" ist.
Das erste Glättungsfilter kann besonders einfach aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators bestehen, die über die Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes mit dem Ausgang des ersten Komparators verbunden sind.
Dem Widerstand kann ein zweites Glättungsfilter nach geschaltet sein. Damit werden die bei einer Unterbrechung des Meßfühlers die durch dessen Kapazität bzw.
durch die Kapazität seiner Anschlußleitung Ubertragenen Spannungsspitzen ausgefiltert.
Der Meßfühler kann vorteilhafterweise ein Tachogenerator sein. Da ein Tachogenerator einen verh2ltnirsmäBlghohen induktiven Innenwiderstand aufweist, bietet sich hierbei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders an.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Schaltbild einer Uberwachungsschaltung für einen Gleichstrom-Tachogenerator M.
Durch einen Hochfrequenz-Rechteckgenerator T wird über einen Kondensator Cl ein hochfrequenter Rechteckstrom in den Tachogenerator M eingespeist. Dieser Rechteckstrom verursacht an einem dem Tachogenerator M nachgeschalteten Widerstand Ri einen Spannungsabfall U2, aus dem in noch zu erläuternder Weise Störungen des Tachogenerators M erkannt werden kennen, Durch den Kondensator C1 ist der Gleichspannungs-Meßwert des Tachogenerators M vom Uberwachungskreis abgekoppelt, während andererseits der den Tachogenerator M zur Uberwachung durchfließende Strom im nicht dargestellten Meßkreis leicht ausgefiltert werden kann.
Die am Widerstand R1 abfallende Spannung U2 wird einem Glättungsfilter zugeführt, das aus der Reihenschaltung eines Widerstands R2 und eines mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbundenen Kondensators C2 besteht.
Der Verbindungspunkt des Widerstands R2 und des Kondensators C2 Ist mit dem "+n-Eingang eines ersten Romparators K1 und mit dem "-" -Eingang eines zweiten Romparators K2 verbunden. Am "-"-Eingang des ersten Komparators K1 steht eine positive Vergleichs spannung Urefl und am "+"-Eingang des zweiten Komparators K2 steht eine positive Vergleichsspannung Uref2 an. Der Ausgang des ersten Komparators K1 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands R3 und einer Diode D1 mIt der Parallelschaltung eines Widerstands R4 und eines Kondensators C3 verbunden. Dabei ist die Anode der Diode Dl dem Ausgang des ersten Komparators Kl zugewandt. Die freien Anschlüsse des Widerstands R4 und des Kondensators C3 sind mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbunden. Dem Komparator K2 ist eine Entkopplungsdiode D2 nachgeschaltet, deren Kathode dem Ausgang des Komparators K2 zugewandt ist. Die Kathode der Diode D1 und die Anode der Diode D2 sind miteinander verbunden und über einen Widerstand R5 an den "+"-Eingang eines dritten Komparators K3 angeschlossen. Am "-"-Eingang des Komparators K3 steht eine positive Referenzspannung Uref3 an. Der Ausgang des dritten Komparators ist mit einer Ausgangsklemme Kl verbunden.
Die Funktion der Schaltung nach Figur 1 wird nachfolgend anhand der Spannungsdiagramme nach Figur 2 erläutert.
In Figur 2 ist zunächst die vom Rechteckspannungs-Generator T abgegebene hochfrequente Rechteckspannung Ul dargestellt. Diese Spannung U1 verursacht einen Stromfluß über den Kondensator C1, den Tachogenerator M und den Widerstand Rl. Wenn der Tachogenerator M und seine Anschlußleitung A nicht unterbrochen bzw. überbrückt sind, so kommt der induktive Innenwiderstand des Tachogenerators M zur Wirkung. Am Widerstand R1 steht daher eine Spannung U2 an, deren Frequenz der Spannung Ul entspricht, die Jedoch wegen des induktiven Innenwiderstands des Tachogenerators M einen dreieckförmigen Verlauf hat. Um Spannungsspitzen, die mit den Flanken des Rechtecksignals Ul über die Kapazität der Tachomaschine M und deren Anschlußleitung A übertragen werden, auszufiltern, ist dem Widerstand R7 das Glättungsfilter R2, C2 nachgeschaltet. Die so gefilterte Spannung wird durch die Komparatoren Ki, K2 mit den Vergleichs spannungen Urefl bzw. Uref2 verglichen. Dabei sind die Vergleichsspannungen Urefi und Uref2 so gewählt, daß der Scheitelwert der Spannung U2 im störungsfreien Betrieb zwischen den beiden Vergleichsspannungen Urefi und Uref2 liegt. Am Ausgang des zweiten Komparators K2 steht daher eine positive Spannung an, die über die Diode D2 abgeblockt wird und somit nicht zur Wirkung kommt. Dagegen steht am Ausgang des Komparators K1 periodisch eine positive Spannung an, mit der über den Widerstand R3 und die Diode D1 der Kondensator CD aufgeladen wird. Die Zeitkonstante des aus dem Widerstand R3, dem Kondensator C3 und dem Widerstand R4 gebildeten Glättungsgliedes ist dabei so bemessen, daß bei störungsfreiem Betrieb sich am Kondensator C3 eine nahezu konstante positive Cleichspannung U3 einstellt. Die Spannung U3 wird im Komparator K3 mit einer Vergleichsspannung Uref3 verglichen. Die Vergleichsspannung Uref3 ist so gewählt, daß sie unter der sich im Normalbetrieb einstellenden Spannung U3 liegt. Damit steht also im stbrungsfreien Betrieb an der Ausgangsklemme Kl ein "?"-Signal an.
Wenn der Tachogenerator M oder seine Anschlußleitung A eine Unterbrechung aufweisen,so werden die RechDeckmp'=e des Rechteckspannungs-Generators T über die Kapazität der Anschlußleitung A bzw. des Tachogenerators selbst lediglich in Form kurzer Nadelimpulse übertragen. Am Widerstand Rl steht dann die in Figur 2 mit U2' bezeichnete Spannung an. Diese Impulse werden mit dem Glättungs- filter R2, C2 geglättet und erreichen dann nicht mehr die Referenzspannung Urefl Der Ausgang des Komparators Ki wird daher negativ, so daß der Kondensator C3 nicht mehr nachgeladen wird. Dieser entlädt sich vielmehr über den Widerstand R4, so daß die an ihm- anstehende Spannung nach kurzer Zeit unter die Vergleichsspannung Uref3 sinkt und die Ausgangs spannung an der Ausgangsklemme Kl auf 0 geht. Damit wird eine Störung des Tachogenerators M gemeldet.
Wenn der Tachogenerator M bzw. seine Anschlußleitung A kurzgeschlossen sind, so werden die Rechteckimpulse des Rechteckspannungs-Generators T nicht mehr durch die Induktivität des Tachogenerators M gedämpft. Am Widerstand Ri steht daher die in Figur 2 mit U2" bezeschnete Rechteckspannung an. Die Vergleichsspannung Uref2 ist so gewählt, daß in diesem Fall die Spannung U2 " die Vergleichsspannung Uref2 übersteigt. Damit wird die Ausgangsspannung des Komparators K2 negativ, so daß auch die an der Ausgangsklemme Kl anstehende Ausgangsspannung negativ wird. Damit wird ebenfalls eine Störung des Tachogenerators M erkannt.
Zusammenfassend ist also festzustellen, daß mit der dargestellten Uberwachungsschaltung der Tachogenerator M und auch seine Anschlußleitung A sowohl auf Unterbrechung als auch auf Kurzschluß überwacht werden. Dabei lassen sich das Meßsignal des Tachogenerators M und die zur Uberwachung dienende hochfrequente Rechteckspannung leicht voneinander trennen.
5 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

PatentansprUche 1. Schaltungsanordnung zur Uberwachung eines elektrischen Meßfühlers mit induktivem Innenwiderstand auf Unterbrechung und Uberbrückung, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Meßfühler (M) in Reihenschaltung mit einem Widerstand (R1) und einem Kondensator (c1) mit einem Rechteckspannungs-Generator (T) verbunden ist, der eine bezüglich des Meßsignals des Meßfühlers (M) hochfrequente Ausgangsspannung liefert, daß die am Widerstand (R1) abfallende Spannung (U2) je einem ersten Eingang eines ersten und eines zweiten Komparators (K1, K2) zugeführt ist, an deren zweitem Eingang Jeweils eine Vergleichsspannung (UrefI1 Uref2) ansteht, daß dem ersten Komparator (K1) ein erstes Glättungsfilter (R3, D1, C3, R4) nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge des ersten Glä.ttungsfilters (R3, D1, C3, R4) und des zweiten Komparators (K2) über eine Entkopplungsdiode (D2) mit einer Ausgangsklemme (Kl) verbunden sind, wobei die beiden Vergleichsspannungen (Uref1, Ure2) so gewählt sind, daß die erste Verglelchsspannung (Urefl) unter der im ungestörten Betrieb am Widerstand (R1) anstehenden Amplitude der Spannung (U2) liegt, und daß die zweite Vergleichsspannung (Uref2) zwischen der im ungestörten Betrieb und der bei überbrücktemMeßfühler am Widerstand (R1) anstehenden Amplitude der Spannung (U2) liegt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen das erste Glättungsfilter (D7, C3, R4) bzw. den zweiten Komparator (K2) und die Ausgangsklemme (Kl) ein dritter Komparator (K3) eingefügt ist, dessen Vergleichswert (Uref3) so eingestellt ist, daß er nur bei einer Störung des Meßfühlers (M) anspricht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das erste Glättungsfilter aus der Parallelschaltung eines Widerstands (R4) und eines Kondensator3 (C3) besteht, die über die Reihenschaltung einer Diode (D1) und eines Widerstands (R7) mit dem Ausgang des ersten Komparators (K1) verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Widerstand (R1) ein zweites Glättungsfilter (R2, C2) nachgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßfühler (M) ein Tachogenerator iste