DE3235660C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwa­ chung eines elektrischen Meßfühlers mit induktivem Innenwider­ stand auf Unterbrechung und Überbrückung.

Unterbrechungen oder Überbrückungen von Meßfühlern führen bei­ spielsweise in Steuerungsanlagen im allgemeinen zu einer Fehl­ funktion der Anlage. Zum Schutz des Bedienungspersonals, der Anlage selbst, sowie - z. B. bei elektronisch gesteuerten Werk­ zeugmaschinen - eines zu bearbeitenden Werkstücks ist es daher in vielen Fällen unumgänglich, bei einer Störung eines Meßfüh­ lers die Anlage unverzüglich auszuschalten. Wenn beispielswei­ se in einem Drehzahlregelkreis ein einen Drehzahlistwert lie­ fernder Tachogenerator ausfällt. so würde der nachgeschaltete Antrieb unkontrolliert weiterlaufen. Dies soll durch eine Überwachungsschaltung verhindert werden. Überwachungsschaltun­ gen, die bei Anordnungen der eingangs genannten Art verwendbar sind, sind prinzipiell aus der DE-PS 12 04 745 und der DE-AS 23 04 211 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sowohl eine Unterbrechung als auch eine Überbrückung eines Meßfühlers mit der zugehörigen Anschlußleitung sicher und mit geringem Auf­ wand erkannt wird, wobei das Meßsignal des Meßfühlers durch die Überwachungsschaltung nicht beeinträchtigt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meß­ fühler in Reihenschaltung mit einem Widerstand und einem Kon­ densator mit einem Rechteckspannungsgenerator verbunden ist, der eine bezüglich des Meßsignals des Meßfühlers hochfrequente Ausgangsspannung liefert, daß die am Widerstand abfallende Spannung je einem ersten Eingang eines ersten und eines zweiten Komparators zuge­ führt ist, an deren zweitem Eingang jeweils eine Ver­ gleichsspannung ansteht, daß dem ersten Komparator ein erstes Glättungsfilter nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge des ersten Glättungsfilters und des zweiten Komparators über je eine Entkopplungsdiode mit einer Aus­ gangsklemme verbunden sind, wobei die beiden Vergleichs­ spannungen so gewählt sind, daß die erste Vergleichs­ spannung 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 Wider­ stand anstehenden Amplitude der Spannung liegt.

Bei einer derartigen Überwachungsschaltung spricht bei Unterbrechung oder Überbrückung des Meßfühlers stets einer der beiden Komparatoren an und meldet eine Störung. Das Meßsignal und die zur Überwachung dienende Spannung lassen sich leicht voneinander selektieren, da die Über­ wachungsspannung wesentlich hochfrequenter ist.

Vorteilhafterweise wird zwischen das erste Glättungs­ filter bzw. den zweiten Komparator und die Ausgangs­ klemme ein dritter Komparator eingefügt, dessen Ver­ gleichswert 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 Konden­ sators 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 Unter­ brechung des Meßfühlers die durch dessen Kapazität bzw. durch die Kapazität seiner Anschlußleitung übertragenen Spannungsspitzen ausgefiltert.

Der Meßfühler kann vorteilhafterweise ein Tachogenerator sein. Da ein Tachogenerator einen verhältnismäßig hohen induktiven Innenwiderstand aufweist, bietet sich hier­ bei die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besonders an.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Schaltbild einer Über­ wachungsschaltung für einen Gleichstrom-Tachogenerator M. Durch einen Hochfrequenz-Rechteckgenerator T wird über einen Kondensator C1 ein hochfrequenter Rechteckstrom in den Tachogenerator M eingespeist. Dieser Rechteck­ strom verursacht an einem dem Tachogenerator M nachge­ schalteten Widerstand R1 einen Spannungsabfall U2, aus dem in noch zu erläuternder Weise Störungen des Tacho­ generators M erkannt werden können. Durch den Konden­ sator C1 ist der Gleichspannungs-Meßwert des Tachogenera­ tors M vom Überwachungskreis abgekoppelt, während anderer­ seits der den Tachogenerator M zur Überwachung durch­ fließende 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 Konden­ sators C2 ist mit dem "+"-Eingang eines ersten Kompara­ tors K1 und mit dem "-"-Eingang eines zweiten Kompara­ tors K2 verbunden. Am "-"-Eingang des ersten Komparators K1 steht eine positive Vergleichsspannung U_ref 1 und am "+"-Eingang des zweiten Komparators K2 steht eine positive Vergleichsspannung U_ref 2 an. Der Ausgang des ersten Komparators K1 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands R3 und einer Diode D1 mit der Parallelschal­ tung eines Widerstands R4 und eines Kondensators C3 ver­ bunden. Dabei ist die Anode der Diode D1 dem Ausgang des ersten Komparators K1 zugewandt. Die freien An­ schlüsse des Widerstands R4 und des Kondensators C3 sind mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung verbunden. Dem Komparator K2 ist eine Entkopplungs­ diode 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 U_ref 3 an. Der Ausgang des dritten Komparators ist mit einer Ausgangsklemme K1 verbunden.

Die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 wird nachfolgend anhand der Spannungsdiagramme nach Fig. 2 erläutert.

In Fig. 2 ist zunächst die vom Rechteckspannungs-Genera­ tor T abgegebene hochfrequente Rechteckspannung U1 dar­ gestellt. Diese Spannung U1 verursacht einen Stromfluß über den Kondensator C1, den Tachogenerator M und den Widerstand R1. Wenn der Tachogenerator M und seine An­ schlußleitung A nicht unterbrochen bzw. überbrückt sind, so kommt der induktive Innenwiderstand des Tachogenera­ tors M zur Wirkung. Am Widerstand R1 steht daher eine Spannung U2 an, deren Frequenz der Spannung U1 entspricht, die jedoch wegen des induktiven Innenwiderstands des Tachogenerators M einen dreieckförmigen Verlauf hat. Um Spannungsspitzen, die mit den Flanken des Rechtecksignals U1 über die Kapazität der Tachomaschine M und deren Anschlußleitung A übertragen werden, auszufiltern, ist dem Widerstand R1 das Glättungsfilter R2, C2 nachge­ schaltet. Die so gefilterte Spannung wird durch die Komparatoren K1, K2 mit den Vergleichsspannungen U_ref 1 bzw. U_ref 2 verglichen. Dabei sind die Vergleichsspan­ nungen U_ref 1 und U_ref 2 so gewählt, daß der Scheitelwert der Spannung U2 im störungsfreien Betrieb zwischen den beiden Vergleichsspannungen U_ref 1 und U_ref 2 liegt. Am Ausgang des zweiten Komparators K2 steht daher eine posi­ tive Spannung an, die über die Diode D2 abgeblockt wird und somit nicht zur Wirkung kommt. Dagegen steht am Aus­ gang des Komparators K1 periodisch eine positive Spannung an, mit der über den Widerstand R3 und die Diode D1 der Kondensator C3 aufgeladen wird. Die Zeitkonstante des aus dem Widerstand R3, dem Kondensator C3 und dem Wider­ stand R4 gebildeten Glättungsgliedes ist dabei so be­ messen, daß bei störungsfreiem Betrieb sich am Kondensa­ tor C3 eine nahezu konstante positive Gleichspannung U3 einstellt. Die Spannung U3 wird im Komparator K3 mit einer Vergleichsspannung U_ref 3 verglichen. Die Vergleichs­ spannung U_ref 3 ist so gewählt, daß sie unter der sich im Normalbetrieb einstellenden Spannung U3 liegt. Damit steht also im störungsfreien Betrieb an der Ausgangs­ klemme K1 ein "1"-Signal an.

Wenn der Tachogenerator M oder seine Anschlußleitung A eine Unterbrechung aufweisen, so werden die Rechteckimpulse des Rechteckspannungs-Generators T über die Kapazität der Anschlußleitung A bzw. des Tachogenerators selbst lediglich in Form kurzer Nadelimpulse übertragen. Am Widerstand R1 steht dann die in Fig. 2 mit U2′ bezeich­ nete Spannung an. Diese Impulse werden mit dem Glättungs­ filter R2, C2 geglättet und erreichen dann nicht mehr die Referenzspannung U_ref 1. Der Ausgang des Komparators K1 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 Span­ nung nach kurzer Zeit unter die Vergleichsspannung U_ref 3 sinkt und die Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme K1 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 Wider­ stand R1 steht daher die in Fig. 2 mit U2′′ bezeich­ nete Rechteckspannung an. Die Vergleichsspannung U_ref 2 ist so gewählt, daß in diesem Fall die Spannung U2′′ die Vergleichsspannung U_ref 2 übersteigt. Damit wird die Ausgangsspannung des Komparators K2 negativ, so daß auch die an der Ausgangsklemme K1 anstehende Ausgangs­ spannung negativ wird. Damit wird ebenfalls eine Störung des Tachogenerators M erkannt.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß mit der dar­ gestellten Überwachungsschaltung 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 Überwachung dienende hochfrequente Rechteckspannung leicht voneinander trennen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung eines elektrischen Meßfühlers mit induktivem Innenwiderstand auf Unter­ brechung und Überbrückung, dadurch ge­ kennzeichnet, 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 (U_ref 1, U_ref 2) ansteht, daß dem ersten Komparator (K1) ein erstes Glättungsfilter (R3, C3) nachgeschaltet ist und daß die Ausgänge des ersten Glättungsfilters (R3, C3) und des zweiten Komparators (K2) über je eine Ent­ kopplungsdiode (D1, D2) mit einer Ausgangsklemme (K1) ver­ bunden sind, wobei die beiden Vergleichsspannungen (U_ref 1, U_ref 2) so gewählt sind, daß die erste Vergleichsspannung (U_ref 1) unter der im ungestörten Betrieb am Widerstand (R1) anstehenden Amplitude der Spannung (U2) liegt, und daß die zweite Vergleichsspannung (U_ref 2) zwischen der im ungestörten Betrieb und der bei überbrücktem Meßfühler am Widerstand (R1) anstehenden Amplitude der Spannung (U2) liegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das erste Glättungsfilter (R3, C3) bzw. den zweiten Komparator (K2) und die Ausgangsklemme (K1) ein dritter Komparator (K3) eingefügt ist, dessen Vergleichswert (U_ref 3) so ein­ gestellt ist, daß er nur bei einer Störung des Meßfühlers (M) anspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Konden­ sator (C3) des ersten Glättungsfilters (C3, R3) ein Wider­ stand (R4) parallel geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Widerstand (R1) ein zweites Glättungsfilter (R2, C2) nachgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (M) ein Tachogenerator ist.