DE69210742T2

DE69210742T2 - Steuerungs und Ausgangsschutzverfahren, insbesondere für eine programmierbare Steuerung

Info

Publication number: DE69210742T2
Application number: DE69210742T
Authority: DE
Inventors: Pierre Gohl; Jacky Pergent
Original assignee: AEG Schneider Automation
Current assignee: Schneider Automation SAS
Priority date: 1991-09-05
Filing date: 1992-08-13
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-08-14
Also published as: FR2681161B1; EP0536011A1; DE69210742D1; US5432945A; ES2089448T3; EP0536011B1; JPH06327142A; FR2681161A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer- und Schutzvorrichtung für Gleichstromausgänge einer programmierbaren Steuereinheit wie z.B. ein programmierbarer Automat.
Es ist bekannt, Gleichstromausgänge eines programmierbaren Automaten mittels einer jeder Ausgangsleitung zugeordneten Schutzschaltung vor Kurzschlüssen zu schützen. Eine solche Schaltung enthält im allgemeinen ein Verarbeitungsorgan, von dem eine Eingangsklemme mit einem Erfassungselement für Überströme verbunden ist, das der Ausgangsleitung zugeordnet ist. Das Verarbeitungsorgan vergleicht den Pegel der erfaßten Stromstärke mit einer Schwelle und liefert ein Signal, wenn diese Stromstärke die Schwelle überschreitet; das resultierende Signal wird gefiltert und dann an ein rückstellbares logisches Speicherelement wie z.B. eine Kippstufe angelegt, deren Ausgang mit einer Ausgangsklemme der Schutzschaltung verbunden ist. Das an der Ausgangsklemme verfügbare Sperrsignal wird an den invertierenden Eingang eines UND-Tors angelegt, das andererseits von einem Prozessor oder einer anderen Verwaltungseinheit des steuerbaren Automaten ein Steuersignal empfängt; der Ausgang des UND-Tors wird an einen Leistungsschalter angelegt, der die Öffnung und die Schließung der Ausgangsleitung in Abhängigkeit vom Steuersignal und vom Sperrsignal oder einem Rückstellbefehl steuert, siehe zum Beispiel die Druckschrift FR-A-2 607 274.
Die Schutzschaltung erfordert also zwei Anschlußklemmen, um die Information über die Stromstärke zu erhalten bzw. den mit einem Kurzschluß beauf schlagten Ausgang zu sperren. Es wäre jedoch wünschenswert, die Ausgangsleitungen mittels einer integrierten Schaltung zu schützen, die eine minimale Anzahl an Anschlußklemmen aufweist.
Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, den Anschluß einer Schutzvorrichtung für Gleichstromausgänge in einer programmierbaren Einheit wie z.B. eines Automaten zu vereinfachen, insbesondere indem die auf einen Ausgang bezogene Information über einen Überstrom erhalten und dieser Ausgang mittels des gleichen Anschlusses gesperrt wird.
Die Erfindung betrifft zu diesem Zweck eine Steuer- und Schutzvorrichtung für Gleichstrom-Ausgangsleitungen, insbesondere für einen programmierbaren Automaten, die für jede Ausgangsleitung aufweist:
- einen elektronischen Leistungsschalter, um den Ausgang zu Öffnen und zu schließen,
- eine Steuerschaltung für den Schalter und eine Schutzschaltung für den Ausgang gegen Überströme, wobei diese letztere Schaltung an Erfassungsmittel angeschlossen ist, die eine Spannung liefern, welche ein Bild der Stromstärke am Ausgang ist, wobei diese letztere Schaltung einen Komparator enthält, bei dem an einem ersten Eingang die die Stromstärke abbildende Spannung und an einem zweiten Eingang eine Bezugsspannung angelegt wird, wobei der Ausgang des Komparators über ein Filter mit Mitteln verbunden ist, die die Leitung blockieren können, wenn der Ausgang als Reaktion auf einen Überstrom, der länger dauert als die Zeit der Filterung, seinen Zustand ändert.
Erfindungsgemäß enthält die Schutzschaltung eine einzige Anschlußklemme zur Steuerschaltung und zum Leistungsschalter, wobei diese Klemme mit dem ersten Eingang des Komparators verbunden ist, um die die Stromstärke abbildende Spannung zu überwachen und den Ausgang zu sperren, und ein Ausgang der Blockiermittel ist mit einer Steuerschaltung des ersten Eingangs des Komparators verbunden, um den Schalter als Reaktion auf eine erfaßte Überspannung zu sperren.
In sehr einfacher Weise enthalten die Blockiermittel ein Speicherelement, das an einem Aktivierungseingang den gefilterten Ausgang des Komparators und an einem Desaktivierungseingang ein Rückstellsignal empfängt, wobei der Ausgang des logischen Elements einen Steuerschalter steuert, der zwischen dem ersten Eingang des Komparators und einer Spannungsquelle oder Spannungssenke angeordnet ist.
Die folgende Beschreibung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht die Merkmale und Vorteile einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 ist ein Blockschaltbild einer Steuer- und Schutzvorrichtung von Gleichstromausgängen gemäß der Erfindung.
Figur 2 zeigt im Detail eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
Die in Figur 1 gezeigte Steuer- und Schutzvorrichtung soll Gleichstromausgänge eines programmierbaren Automaten steuern und vor Überströmen schützen. Mit Überstrom werden sowohl die Überlastströme als auch die Kurzschlußströme bezeichnet.
Die Vorrichtung 10 enthält für eine Gruppe von Ausgangsleitungen eine Steuereinheit 11 mit Ausgängen CO-Cn und n Schutzschaltungen 12, die je mit einer Anschlußklemme A versehen sind. Jeder Ausgang, zum Beispiel der Ausgang CO, ist über einen Leiter 13 mit einem ersten Eingang eines UND-Tors 19 verbunden, dessen Ausgang mit der Steuerklemme 14 eines Leistungsschalters 15 verbunden ist, der auf einem zwei Klemmen 16, 17 verbindenden Leiter angeordnet ist, um die Öffnung und die Schließung einer Lastschaltung zu steuern, die an diese Klemmen angeschlossen ist und eine nicht dargestellte Last enthält. In Bezug auf Figur 1 wird nur die Anordnung in Bezug auf eine einzige Ausgangsleitung beschrieben.
Ein Detektor 18 für die Stärke des Stroms, der durch die Lastschaltung fließt - und der zum Beispiel aus einem geeignet angeordneten Widerstand besteht - ist mit der Klemme A verbunden. Diese Klemme ist mit einem ersten Eingang E1 eines Komparators 20 verbunden, dessen Ausgang mit einem Tiefpaßfilter 21 verbunden ist. An einen zweiten Eingang E2 des Komparators ist ein Bezugspotential Vref angelegt; die Überschreitung der Schwelle der die Stromstärke abbildenden Spannung in E1 bewirkt die Zustandsänderung des Ausgangs des Komparators. Der Ausgang des Filters 21 ist mit einem Eingang einer RS-Kippstufe 22 verbunden, die dazu dient, die erwähnte Zustandsänderung zu speichern. Erfindungsgemäß ist der Ausgang Q der Kippstufe 22 auf die Steuerklemme eines Steuerschalters 23 zurückgeschleift, der ausgebildet ist, um die Klemme A mit einer Spannungsquelle oder Spannungssenke 24 zu verbinden. Die Wahl zwischen Spannungsquelle und Spannungssenke erfolgt unter Berücksichtigung der gewünschten Anwendung der Vorrichtung 10 in Abhängigkeit von Konfigurationssignalen CF. Der Schalter 23 erlaubt es, die Spannung in A nach der Erfassung eines Überstroms und solange kein Rückstellungssignal REA an die Kippstufe 22 angelegt wurde, auf einem von der Quelle oder der Senke 24 bestimmten Steuerpegel zu halten. Die Klemme A ist mit einem invertierenden Eingang des UND-Tors 19 verbunden, das durch jedes bekannte Mittel hergestellt werden kann.
Andererseits wird das am Ausgang Q der Kippstufe 22 der Schaltung 12 verfügbare Signal an die Steuereinheit 11 übertragen, zum Beispiel mittels einer parallelen Verbindung für die Schaltungen 12 der verschiedenen Ausgangsleitungen oder, vorzugsweise, mittels einer Serienverbindung, die mit Hilfe eines Parallel-Serien-Registers die Signale B0-B15, die von den Kippstufen 22 der verschiedenen Leitungen kommen, in zyklische Nachrichten B' gruppiert. Nachdem die Steuereinheit 11 die Erfassung eines Überstroms festgestellt hat, schickt sie ein Rückstellungssignal RE zur Schaltung 12, das vom Rückstellungssignal REA umgesetzt wird, das an die Kippstufe 22 angelegt wird.
In der Ausführungsform der Figur 2 wird die Vorrichtung verwendet, um Schwachstromausgänge, zum Beispiel mit einem Nennstrom von 0,1 A, zu steuern und zu schützen.
Der Leistungsschalter 15 ist hier ein bipolarer PNP- Transistor T2, dessen Basis F, die im übrigen direkt mit der Klemme A verbunden ist, einerseits mit dem Leiter 13 über einen Widerstand R1 und andererseits zum Beispiel über einen Widerstand R2 mit der Klemme 16, die auf ein Potential V+ von 24 V gebracht wurde, verbunden ist. Der Sender des Transistors T2 ist mit der Klemme 16 über einen Widerstand R3 und sein Kollektor ist mit der Ausgangsklemme 17 verbunden.
Die Schutzschaltung 12 enthält ein Filter, dessen Filterzeit der Anwendung angepaßt ist; ein Oszillator mit variabler Frequenz, der zur Schaltung 12 gehört, ist zu diesem Zweck vorgesehen; so wird ein Überstromfehler von der Kippstufe 22 erst nach einer vom Filter bestimmten Zeitdauer gespeichert, zum Beispiel 10 ms. Der Ausgang der Kippstufe 22 ist einerseits auf das Gate eines MOS-Transistors mit Kanal P23 zurückgeschleift, der die Klemme A mit einer Spannungsquelle 24 verbinden kann, und andererseits mit einem der sechzehn Eingänge B0-B15 eines Parallel-Serien-Registers 38 verbunden, dessen Ausgang B' an die Steuereinheit 11 übertragen wird. Die Schaltungen 12 der verschiedenen Leitungen werden mit einer weiter unten beschriebenen Spannungsüberwachungsvorrichtung in einem integrierten Schaltkreis zusammengefaßt.
Ein Spannungsdetektor 41 überwacht die Speisespannung der Gruppe von Ausgängen, und er ist mit einer Klemme AU der Vorrichtung 10 verbunden. Die Spannung in AU wird von einem Schaltkreis 42 der Vorrichtung 10 verarbeitet, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn diese Spannung unzureichend ist. Um Anschlußklemmen zu sparen, sieht man vor, die Klemme AU durch das Rückstellungssignal RE zu steuern, wenn dieses von der Steuereinheit 11 geliefert und an ein optoelektronisches Koppelelement T3 angelegt wird. Das Fehlersignal wird zum Schaltkreis 42 übertragen, der die Rückstellungen der Spannungsausfälle diskriminiert. Der Schaltkreis erzeugt einerseits ein Spannungsfehlersignal CU und andererseits zwei Signale REA1, REA2, die je eine Gruppe von acht Leitungen rückstellen sollen, indem sie die Kippstufen 22 nach Erfassung eines Kurzschlusses und Blockierung des entsprechenden Ausgangs rückstellen.
Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun in Bezug auf Figur 2 beschrieben.
Wenn der Ausgang C der Steuereinheit 11 sich im logischen Zustand 1 befindet, ist der Transistor T2 gesperrt. Wenn der Ausgang C sich im logischen Zustand 0 befindet, fließt ein vom Widerstand R1 bestimmter Strom auf dem Leiter 13 und der Transistor T2 ist leitend, während der Strom im Lastschaltkreis ein Nennstrom bleibt; der Anschluß der Schutzschaltung 12 ändert dann nicht das Potential im Punkt F. Wenn ein Kurzschluß im Lastschaltkreis auftritt, wird die Spannung VF im Punkt F geringer als Vref, der Ausgang des Komparators 20 ändert seinen Zustand, und dies wird von der Kippstufe 22 gespeichert, wenn die Dauer des Überstroms die Filterzeit des Filters 21 übersteigt. Die Zustandsänderung des Ausgangs Q der Kippstufe wird einerseits zum Gate des Transistors 23 übertragen, der leitend wird und so die Klemme A und den Punkt F auf einen Steuerpegel bringt, der dem Potential der Quelle 24 entspricht, zum Beispiel 24 Volt; andererseits wird sie über die Verbindung B' zur Steuereinheit 11 übertragen. Der Transistor T2 sperrt sich und der Lastschaltkreis ist dann offen, bis ein Rückstellungssignal RE von der Steuereinheit 11 ausgesendet wird. Dieses Signal wird im Ausgangsschaltkreis 12 in ein Signal REA1 oder REA2 umgesetzt, das an die Kippstufe 22 angelegt wird, um den Zustand des Ausgangs Q zu ändern und den Transistor 23 zu sperren. Nach diesem Rückstellungsvorgang steuert der Schaltkreis 12 nicht mehr die Spannung an den Punkten A und F, die von neuem vom Signal C und dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Überstroms abhängt.
Man stellt die durch die Erfindung erzeugte Ersparnis an Klemmen fest, da die Klemme A der Schutzschaltung 12, die zur Überwachung des Lastschaltkreises dient, ebenfalls dazu dient, diesen Schaltkreis im Fall eines Fehlers zu blockieren.

Claims

1. Steuer- und Schutzvorrichtung (10) für Gleichstrom-Ausgangsleitungen, insbesondere für einen programmierbaren Automaten, die für jede Ausgangsleitung (16, 17) aufweist:

- einen elektronischen Leistungsschalter (15), um den Ausgang (16, 17) zu öffnen und zu schließen;

- eine Schaltung, um den Schalter (15) zu steuern, und eine Schaltung (12), um den Ausgang (16, 17) vor Überströmen zu schützen, wobei diese letztere Schaltung (12) an Erfassungsmitteln (18) angeschlossen ist, die eine ein Bild der Stromstärke am Ausgang (16, 17) darstellende Spannung liefern, wobei diese letztere Schaltung (12) einen Komparator (20) aufweist, bei dem an einem ersten Eingang (El) die die Stromstärke am Ausgang (16, 17) abbildende Spannung und an einem zweiten Eingang (E2) eine Bezugsspannung (Vref) angelegt wird, wobei der Ausgang des Komparators (20) über ein Filter (21) mit Mitteln verbunden ist, die die Leitung blockieren können, wenn der Ausgang als Reaktion auf einen Überstrom, der länger dauert aus die Zeit der Filterung, seinen Zustand ändert,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Schutzschaltung (12) eine einzige Klemme (A) zum Anschluß an die Steuerschaltung und an den Leistungsschalter (15) aufweist, wobei die Klemme (A) mit dem ersten Eingang (E1) des Komparators (20) verbunden ist, um die die Stromstärke am Ausgang (16, 17) abbildende Spannung zu überwachen und den Ausgang zu blockieren, und

- die Blockiermittel einen Ausgang (B) aufweisen, der mit einer Schaltung (23, 24) zum Steuern des ersten Eingangs (El) des Komparators (20) verbunden ist, um den Schalter (15) als Reaktion auf einen erfaßten Überstrom gesperrt zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiermittel ein Speicherelement (22) aufweisen, das an einem Aktivierungseingang (5) den gefilterten Ausgang des Komparators und an einem Desaktivierungseingang (R) ein Rückstel lungssignal (REA) empfängt, wobei der Ausgang (B) des Speicherelements (22) einen Steuerschalter (23) steuert, der zwischen dem ersten Eingang (E1) des Komparators (20) und einer Spannungsquelle oder einer Spannungssenke (24) angeordnet ist.

39 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung (12) ein integrierter Schaltkreis ist, der für jede Leitung die Erfassungsmittel (18), den Komparator (20) und den Steuerschaltkreis (23, 24) und für eine Gruppe von n Leitungen ein Serienregister (38) aufweist, wobei dieses Register parallele Eingänge (BO-Bn), die mit den Speicherelementen der verschiedenen Leitungen verbunden sind, und einen Serienausgang (B') aufweist, der mit der Steuereinheit (11) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die Speisespannung der Ausgangsleitungen repräsentatives Signal an einen Eingang (AU) der Schutzschaltung (12) angelegt wird, um ein einem Spannungsausfall entsprechendes Fehlersignal zu erzeugen, wobei der Eingang (AU) von einem Rückstellungssignal (RE) gesteuert werden kann, wobei die Schutzschaltung eine Schaltung aufweist, die die Rückstellungen der Spannungsausfälle diskriminiert.