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EP0677830B1 - Überwachungseinrichtung - Google Patents

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Publication number
EP0677830B1
EP0677830B1 EP95104988A EP95104988A EP0677830B1 EP 0677830 B1 EP0677830 B1 EP 0677830B1 EP 95104988 A EP95104988 A EP 95104988A EP 95104988 A EP95104988 A EP 95104988A EP 0677830 B1 EP0677830 B1 EP 0677830B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monitoring apparatus
bus
circuit
wire bus
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95104988A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0677830B2 (de
EP0677830A1 (de
Inventor
Hermann Hoepken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KA Schmersal GmbH and Co KG
Original Assignee
KA Schmersal GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6515242&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0677830(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by KA Schmersal GmbH and Co KG filed Critical KA Schmersal GmbH and Co KG
Publication of EP0677830A1 publication Critical patent/EP0677830A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0677830B1 publication Critical patent/EP0677830B1/de
Publication of EP0677830B2 publication Critical patent/EP0677830B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B26/00—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station
    • G08B26/001—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station with individual interrogation of substations connected in parallel

Definitions

  • the invention relates to a monitoring device for a Device to be secured with a large number of sensors with analog or digital switching states connected to an evaluation circuit are a switching signal depending on the switching states of the sensors.
  • Monitoring devices for devices to be secured such as for machines, systems or the like, which have a number of doors or other have accesses to be opened, when opening or reaching the current one Shutting down the machine or system, for example, for reasons of danger at least one at each access to be opened
  • Sensor such as a mechanical-electrical safety switch, a Light barrier or the like, on whose outputs with an evaluation circuit are coupled, which in turn provide an output signal for stopping, for example the machine or system is generated when connected to at least one sensor Switching state indicating danger is determined. Any sensor can actuated, unconfirmed or defective. To target his condition each pair of contacts in the sensor must be evaluated individually, what requires at least three wires.
  • the evaluation circuit comprises two switching relays actuating microprocessors, each with the receiving diodes of the light barriers via corresponding channels and are coupled to one another, the latter serving to ensure that the Microprocessors monitor each other for redundancy reasons.
  • the power supply of the individual components takes place via corresponding supply lines. This results in a considerable amount of wiring due to use special cables shielded to avoid interference. A self-test of the sensors is not provided here.
  • the object of the invention is a monitoring device of the type mentioned at the beginning, which lead to a reduction and Simplify wiring and improve security leads.
  • the sensors have a Two-wire bus connected to a power supply unit for power supply of the monitoring device, each with changing signals stimulable to deliver correspondingly changing sensor signals are, the data transmission by clocking the operating voltage, which are maintained on active bus connections via a buffer circuit is done.
  • the power supply of the individual components via the two-wire bus, via which the sensors cyclically with changing signals stimulated in order to emit correspondingly changing sensor signals, which are subjected to a self-test, which increases safety the monitoring device is significantly increased.
  • the sensors can be designed as one or more channels. For data transmission are only very low currents necessary so that no circuit breakers are required. Not only the individual components of the monitoring device, but also their wiring is monitored for errors.
  • the data transmission via the two-wire bus is carried out by clocking the operating voltage that is applied to active bus connections via a Buffer circuit can be maintained.
  • the data stream can be as Telegram can be decoded and evaluated.
  • the evaluation circuit can receive an enable signal as soon as the operating voltage of the buffer circuit exceeds a threshold. This can result in a time delay Start signal for the evaluation circuit can be generated.
  • the evaluation circuit responds in a fixed time frame correct telegram structure by clocking the two-wire bus. For this can the operating voltage of the bus by a short-circuit proof circuit through a resistor for one by the transmission speed specified maximum time can be practically short-circuited.
  • Fig. 1 shows schematically a block diagram of a monitoring device.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a bus connection for the Monitoring device according to FIG. 1.
  • the monitoring device shown comprises a large number of sensors 1 with analog or digital switching states.
  • This can for example - as shown - it is a mechanical-electrical one Switching element comprising a break contact 1a and a make contact 1b, that can be operated together act.
  • the sensors 1 can on doors, Flaps, passages or the like. on a facility to be secured like one Machine, system or the like be attached so that open at one the door, flap or the like. the sensor 1 actuates, i.e. in the illustrated If the NC contact 1a is opened and the NO contact 1b is closed at the same time will, i.e. that the digital switching state of the sensor 1 thereby changes.
  • sensors 1 with analog ones can also be used Switching states, including electronic encoders such as those with coding function in the form of coded "TAGs", optionally mixed with such with analog switching states.
  • Each sensor 1 has a sensor processor 2 comprising a clock (watchdog), which is connected on the one hand via a bus connection 3 to a two-wire bus 4 and on the other hand to a non-volatile memory 5, an E 2 PROM.
  • the two-wire bus 4 can be made of normal, unshielded wires and have a tree and / or star-shaped structure.
  • One wire of the two-wire bus 4, for example the negative one, can be galvanically connected to machine earth, while the other wire transmits energy and signals, the transmission of signals taking place by clocking the operating voltage.
  • All sensors 1 are connected via the two-wire bus 4 to an evaluation circuit which, in the exemplary embodiment shown, comprises two preferably diverse evaluation processors 6 ', 6 ", which are likewise connected to the two-wire bus 4 via a respective bus connection 3 and communicating with one another Evaluation processors 6 ', 6 "each comprising a clock generator (watchdog) can, for example, be connected to an input of two relays 7', 7".
  • each evaluation processor 6 ', 6 " has a non-volatile memory 8, an E 2 PROM.
  • the memories 8 each contain the number of existing sensors 1 to be monitored.
  • the two-wire bus 4 is connected to a bus power supply located somewhere 9, a constant current source (e.g. 24 V DC) is connected.
  • a constant current source e.g. 24 V DC
  • the individual components of the monitoring device are the Two-wire bus 4 powered.
  • the bus connections are for this purpose 3 designed accordingly (see also Fig. 2 and subsequent Description of this). Due to a high internal resistance of the bus power supply 9 a short circuit is avoided during data transmission.
  • the two-wire bus 4 can be connected via an interface 10 connected to a PC and / or a programmable logic controller be.
  • the latter can be used to store 5, 8 with the necessary information, as well as, if necessary, with your own check sum Mistake. This is for example through a simple ASCII protocol possible.
  • this data is stored in memories 5, 8 read and compared with the checksum and in the memory of the processors 6 ', 6 "loaded.
  • the two-wire bus 4 stimulates to reach a specific sensor 1 by address, Function and check word (for example a checksum) for a sensor 1 are sent as a telegram to the two-wire bus 4, i.e. that on the Two-wire bus 4 clocked pulses appear, for example between 5 and fluctuate 20 V, these are transmitted to all sensor processors 2.
  • the other evaluation processor also eavesdrops, in this case 6 ", the sending evaluation processor 6 'to its signal and thus its Check function for redundancy.
  • Each sensor processor 2 checks the address by comparing the content of its associated memory 5 with the sent address. For example, as indicated in FIG. 1, the addressed sensor processor 2 outputs a signal S or at its two outputs leading to the sensor 1 in accordance with the transmitted function 1010. S from. When the normally closed contact 1a is open and the normally open contact 1b is closed (this is the unactuated state of sensor 1), S and S unchanged and appear as such again at the inputs of sensor processor 2 coming from sensor 1, ie the answer is also 1010.
  • the sensor processor 2 can display a status 11 control, for example from a red and a green LEDs that light up according to the state, consists.
  • the answer from sensor 1 is from both evaluation processors 6 ', 6 "evaluated if the function does not match the answer, a corresponding signal switching the relays 7 'or 7 " generated.
  • each sensor 1 can have its signal transferred to the two-wire bus 4 by a "low”. Here it comes up the two-wire bus 4 to a logical NOR operation, so that the calculated Checksum is not equal to the checksum of the telegram. This Error leads to a fault message.
  • the evaluation processors 6 ', 6 " made system diagnostic display 12, for example in the form of a red and a green LED, which can be lit accordingly, respectively.
  • FIG. 2 An embodiment of a bus connection 3 is shown in FIG. 2.
  • the bus connection comprises a voltage regulator part 13 with a buffer capacitor 14 which is charged via a diode 15 and is blocked against discharge. The latter is used to save the respective Actual voltage of the two-wire bus 4 at the respective bus connection 3 (corresponding to the distance from the bus power supply 9 is the voltage dropped accordingly due to the ohmic resistance).
  • the buffer capacitor 14 secures the power supply for the associated sensor processor 2, sensor 1 and memory 5 or the associated evaluation processor 5 ', 6 "and memory 8.
  • the bus interface 3 further comprises a bus receiver part 16 with a comparator 17 and a voltage divider circuit 18.
  • the voltage divider circuit 18 divides and in particular halves by means of resistors 19, 20 the stored actual bus voltage as a reference voltage for the comparator 17, so that the comparator 17 within a practical allowed range, i.e. there is a dynamic Switching threshold according to the actual bus voltage, i.e. if the actual bus voltage at the respective bus connection 3 drops, the trigger threshold of the comparator 17 of the actual bus voltage runs halfway behind.
  • the signal applied is also by means of Resistors 21, 22 divided, in a ratio larger as the division by resistors 19, 20, e.g. divided into three, so that the 3/4 bus voltage corresponding to "high” safely over and the 3/4 voltage corresponding to "low” (the low voltage does not go to zero, but only because of the ohmic line resistance about 4 to 5V back) are safely below the trigger threshold.
  • the bus connection 3 comprises a transmitting part 23 with an L 2 MOSFET transistor 24, at the gate of which the signal from the sensor processor 2 or from the evaluation processor 6 ', 6 "is applied via a resistor 29, so that the latter is conductive or corresponding to the signal
  • the transistor 24 is current-monitored via parallel resistors 25, 26 connected to its source to ground, which are connected via a resistor 27 to the gate of a thyristor 28 connected to the gate of the transistor 24 with its anode If the current through transistor 24 becomes too high, a proportional voltage drops across resistors 25 and 26, so that the trigger level of thyristor 28 is reached via resistor 27. Thyristor 28 becomes conductive and switches transistor 24 via resistor 29 off, so that an overcurrent is prevented from reaching the two-wire bus 4. The thyristor 28 then remains during the entire transmission time, ie conductive during the time a bit is being transmitted.
  • a resistor 30 connected between the input of resistor 29 and ground is switched on, prevents transistor 24 from being switched on when starting up the bus voltage on the capacitor 14 before the start of the Processors 2, 6 ', 6 ".
  • a capacitor 31 between the gate of thyristor 28 and ground prevents the thyristor 28 from igniting in the event of brief faults (Transient suppression).
  • a diode 32 serves to protect against polarity reversal and a trans-diode 33 surge protection.
  • a resistor 34 limits the inrush current and the load current of transistor 24 in the event of a fault.

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine überwachungseinrichtung für eine zu sichernde Einrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren mit analogen oder digitalen Schaltzuständen, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Schaltsignal in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Sensoren erzeugt.
Überwachungseinrichtungen für zu sichernde Einrichtungen wie für Maschinen, Anlagen od.dgl., die eine Reihe von Türen oder sonstigen zu öffnenden Zugängen aufweisen, bei deren Öffnen oder Erreichen das momentane Abstellen der Maschine oder Anlage etwa aus Gefährdungsgründen gefordert wird, weisen an jedem zu öffnenden Zugang mindestens einen Sensor, etwa einen mechanisch-elektrischen Sicherheitsschalter, eine Lichtschranke od.dgl., auf, dessen Ausgänge mit einer Auswerteschaltung gekoppelt sind, die seinerseits ein Ausgangssignal etwa zum Stillsetzen der Maschine oder Anlage erzeugt, wenn an mindestens einem Sensor ein Gefahr anzeigender Schaltzustand festgestellt wird. Jeder Sensor kann betätigt, unbetätigt oder defekt sein. Um seinen Zustand gezielt festzustellen, muß jedes Kontaktpaar im Sensor einzeln ausgewertet werden, was mindestens drei Adern erfordert.
So ist eine mit hintereinandergeschalteten Lichtschranken arbeitende Überwachungseinrichtung bekannt, bei der die Auswerteschaltung zwei Schaltrelais betätigende Mikroprozessoren umfaßt, die jeweils mit den Empfangsdioden der Lichtschranken über entsprechende Kanäle sowie untereinander gekoppelt sind, wobei letzteres dazu dient, daß sich die Mikroprozessoren gegenseitig aus Redundanzgründen überwachen. Die Stromversorgung der einzelnen Bauteile erfolgt über entsprechende Zuleitungen. Hierbei ergibt sich ein erheblicher Verdrahtungsaufwand durch Verwendung spezieller, zur Vermeidung von Störungen abgeschirmter Leitungen. Ein Selbsttest der Sensoren ist hierbei nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die zu einer Verminderung und Vereinfachung des Verdrahtungsaufwands und einer Verbesserung der Sicherheit führt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sensoren über einen Zweidraht-Bus, der an ein Netzteil angeschlossen die Energieversorgung der Überwachungseinrichtung vornimmt, jeweils mit wechselnden Signalen zur Abgabe entsprechend wechselnder Sensorsignale stimulierbar sind, wobei die Datenübertragung durch Taktung der Betriebsspannung, die an aktiven Busanschaltungen jeweils über eine Pufferschaltung aufrechterhalten wird, erfolgt.
Für die angestrebte sichere Auswertung kommt es darauf an, daß die Energieversorgung über den Zweidraht-Bus erfolgt und zugleich eine dynamische Erfassung der Schaltzustände vorgenommen wird. Der so gebildete "Sicherheitsbus" hat keine Signalverarbeitung im Sensorelement dergestalt, daß dort eine Vorauswertung stattfinden würde. Dies würde bei einer einkanaligen Auslegung des Prozessors, wie sie hier verwendet wird, Redundanzprobleme ergeben. Vielmehr werden ambivalente Schaltsignale aufbereitet und Zustandsinformationen von Schaltgruppen übertragen. Außerdem wird der jeweilige Schalter durch ambivalente Schaltsignale über den Zweidraht-Bus stimuliert.
Durch die Verwendung eines Zweidraht-Bus, der nur einfache Drähte und keine Spezialkabel oder Sonderverlegung benötigt, wird nicht nur der Verdrahtungsaufwand vermindert und vereinfacht, es erfolgt auch, wie bereits erwähnt, die Stromversorgung der einzelnen Komponenten über den Zweidraht-Bus, über den die Sensoren mit wechselnden Signalen zyklisch stimuliert werden, um entsprechend wechselnde Sensorsignale abzugeben, die einem Selbsttest unterworfen werden, wodurch die Sicherheit der Überwachungseinrichtung erheblich erhöht wird. Die Sensoren können ein- oder mehrkanalig ausgelegt sein. Zur Datenübertragung sind nur sehr geringe Ströme notwendig, so daß keine Leistungsschalter benötigt werden. Es werden nicht nur die einzelnen Komponenten der Überwachungseinrichtung, sondern auch deren Verdrahtung fehlerüberwacht.
Die Datenübertragung über den Zweidraht-Bus erfolgt durch Taktung der Betriebsspannung, die an aktiven Busanschaltungen über eine Pufferschaltung aufrechterhalten werden kann. Der Datenstrom kann als Telegramm decodiert und ausgewertet werden. Die Auswerteschaltung kann ein Freigabesignal erhalten, sobald die Betriebsspannung der Pufferschaltung einen Schwellwert übersteigt. Zeitverzögert kann daraus ein Startsignal für die Auswerteschaltung generiert werden.
Die Auswerteschaltung antwortet in einem festen Zeitraster auf eine korrekte Telegrammstruktur durch Taktung des Zweidraht-Bus. Hierzu kann durch eine kurzschlußfeste Schaltung die Betriebsspannung des Bus über einen Widerstand für eine durch die Übertragungsgeschwindigkeit festgelegte Maximalzeit praktisch kurzgeschlossen werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer Überwachungseinrichtung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Busanschaltung für die überwachungseinrichtung nach Fig. 1.
Die dargestellte Überwachungseinrichtung umfaßt eine Vielzahl von Sensoren 1 mit analogen oder digitalen Schaltzuständen. Hierbei kann es sich beispielsweise - wie dargestellt - um ein mechanisch-elektrisches Schaltelement umfassend einen Öffner 1a und einen Schließer 1b, die gemeinsam betätigbar sind, handeln. Die Sensoren 1 können an Türen, Klappen, Durchgängen od.dgl. an einer zu sichernden Einrichtung wie einer Maschine, Anlage od.dgl. angebracht sein, so daß bei einem öffnen der Tür, Klappe od.dgl. der Sensor 1 betätigt, d.h. im dargestellten Fall gleichzeitig der Öffner 1a geöffnet und der Schließer 1b geschlossen wird, d.h. daß sich der digitale Schaltzustand des Sensors 1 hierdurch ändert. Stattdessen können aber auch Sensoren 1 mit analogen Schaltzuständen, so auch elektronische Geber wie u.a. solche mit Kodierfunktion in Form von kodierten "TAGs", gegebenenfalls gemischt mit solchen mit analogen Schaltzuständen vorhanden sein.
Zu jeden Sensor 1 gehört ein einen Taktgeber (Watchdog) umfassender Sensorprozessor 2, der einerseits über eine Busanscnaitung 3 mit einem Zweidraht-Bus 4 und andererseits mit einem nichtflüchtigen Speicher 5, einem E2PROM, verbunden ist. Der Zweidraht-Bus 4 kann aus normalen, nicht abgeschirmten Drähten hergestellt sein und eine baum- und/ oder sternförmige Struktur aufweisen. Ein Draht des Zweidraht-Bus 4, z.B. der negative, ist galvanisch mit Maschinenerde verbindbar, während der andere Draht Energie und Signale überträgt, wobei die übertragung von Signalen durch Taktung der Betriebsspannung erfolgt.
Sämtliche Sensoren 1 sind über den Zweidraht-Bus 4 mit einer Auswerteschaltung verbunden, die im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei vorzugsweise diversitäre Auswerteprozessoren 6', 6" umfaßt, die mit dem Zweidraht-Bus 4 ebenfalls über jeweils eine Busanschaltung 3 sowie untereinander kommunizierend verbunden sind. Die jeweils einen Taktgeber (Watchdog) umfassenden Auswerteprozessoren 6', 6" können beispielsweise mit je einem Eingang von zwei Relais 7', 7" verbunden sein. Außerdem gehört zu jedem Auswerteprozessor 6', 6" ein nichtflüchtiger Speicher 8, ein E2PROM. Die Speicher 8 beinhalten jeweils die Anzahl von vorhandenen, zu überwachenden Sensoren 1.
Der Zweidraht-Bus 4 ist an ein irgendwo untergebrachtes Busnetzteil 9, eine Konstantstromquelle (z.B. 24 V Gleichstrom) angeschlossen. Die einzelnen Bauteile der Überwachungseinrichtung werden über den Zweidraht-Bus 4 mit Energie versorgt. Zu diesem Zweck sind die Busanschaltungen 3 entsprechend ausgelegt (vgl. auch Fig. 2 und nachfolgende Beschreibung hiervon). Durch einen hohen Innenwiderstand des Busnetzteils 9 wird bei der Datenübertragung ein Kurzschluß vermieden.
Außerdem kann der Zweidraht-Bus 4 über ein Interface 10 mit einem PC und/oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden sein. Letztere kann dazu verwendet werden, die Speicher 5, 8 mit den notwendigen Angaben, wie auch gegebenenfalls mit eigener Ckecksumme, zu versehen. Dies ist beispielsweise durch ein einfaches ASCII-Protokoll möglich. Beim Netzeinschalten werden diese Daten aus den Speichern 5, 8 gelesen und mit der Checksumme verglichen sowie in die Speicher der Prozessoren 6', 6" geladen.
Wenn einer der Auswerteprozessoren, etwa 6', den Zweidraht-Bus 4 zum Erreichen eines bestimmten Sensors 1 stimuliert, indem Adresse, Funktion und Prüfwort (beispielsweise eine Checksumme) für einen Sensor 1 als Telegramm auf den Zweidraht-Bus 4 gegeben werden, d.h. daß auf dem Zweidraht-Bus 4 getaktet Pulse erscheinen, die beispielsweise zwischen 5 und 20 V schwanken, werden diese an alle Sensorprozessoren 2 übertragen. Außerdem belauscht hierbei der andere Auswerteprozessor, in diesem Fall 6", den sendenden Auswerteprozessor 6', um dessen Signal und damit seine Funktion zwecks Redundanz zu überprüfen.
Jeder Sensorprozessor 2 überprüft die Adresse, indem er den Inhalt seines zugehörigen Speichers 5 mit der gesendeten Adresse vergleicht. Der adressierte Sensorprozessor 2 gibt beispielsweise, wie in Fig. 1 angegeben, entsprechend der übermittelten Funktion 1010 an seinen beiden zum Sensor 1 führenden Ausgängen ein Signal S bzw. S ab. Bei geöffnetem Öffner 1a und geschlossenem Schließer 1b (dies sei der unbetätigte Zustand des Sensors 1) bleiben S und S unverändert und erscheinen als solche wieder an den vom Sensor 1 kommenden Eingängen des Sensorprozessors 2, d.h. die Antwort ist ebenfalls 1010.
Wenn der Sensor 1 dagegen betätigt wäre, würde bei der Funktion 1010 als Antwort 1001 erscheinen.
Bei der Funktion 0101 würde diese bei unbetätigtem Sensor 1 bestätigt, bei betätigtem Sensor 1 ergäbe sich aber 0110.
Entsprechend der Antwort kann der Sensorprozessor 2 eine Zustandsanzeige 11 ansteuern, die beispielsweise aus einer roten und einer grünen LED, die ensprechend dem Zustand zum Aufleuchten gebracht werden, besteht.
Die Antwort vom Sensor 1 wird von beiden Auswerteprozessoren 6', 6" ausgewertet, wenn die Funktion nicht mit der Antwort übereinstimmt, wird ein entsprechendes die Relais 7' bzw. 7" schaltendes Signal erzeugt.
Wird der Sensor 1 nicht erreicht, kommt dies einem Timeoutfehler gleich. Bei jeder Datenstörung ergibt sich ein falsches Prüfwort (Checksumme).
Nach jeder Sensorüberprüfung oder nach jedem Überprüfungszyklus wird zwischen Auswerteprozessor 6' und 6" gewechselt.
Zweckmäßigerweise enthalten ein Byte die Adresse und zwei weitere Bytes die Funktion und den Datensatz für den Sensor, während zwei zusätzliche Bytes das Prüfwort enthalten, das die zu übermittelnden Informationen absichert. Bei einer Datenstörung ergibt sich ein falsches Prüfwort. Kommt das Telegramm bereits gestört beim Sensorprozessor 2 an, verweigert dieser die Annahme des Telegramms, so daß die Auswerteschaltung einen Timeoutfehler erkennt. Mehrere derartige Fehler auf dem gleichen Sensor 1 führen zur Störmeldung, da hier mit großer Wahrscheinlichkeit ein Defekt des Sensors 1 vorliegt.
Es ergibt sich somit eine zweikanalige, infolge Selbstdiagnose fehlersichere Überwachungseinrichtung mit einfacher und verminderter Verdrahtung. Ein Fehler in einem Sensor 1 wird festgestellt, bevor durch Änderung seines Schaltzustandes an der zu sichernden Einrichtung ein gefährlicher Zustand auftreten kann.
Haben mehrere Sensoren 1 durch einen Fehler gleiche Adressen, kommt es bei den Antworten der Sensoren 1 zu Datenüberschneidungen. Da der Zweidraht-Bus 4 aktiv "Low" ist, kann jeder Sensor 1 sein Signal durch ein "Low" auf den Zweidraht-Bus 4 übergeben. Hierbei kommt es auf dem Zweidraht-Bus 4 zu einer logischen NOR-Verknüpfung, so daß die berechnete Checksumme nicht gleich der Checksumme des Telegramms ist. Dieser Fehler führt zur Störmeldung.
Gleiches gilt für unterbrochenen Zweidraht-Bus 4. Er führt zum Timeoutfehler. Ist der Zweidraht-Bus 4 fehlerhafterweise auf "high" geklemmt, erkennt dies die Auswerteschaltung beim ersten Sendeversuch. Diese Störung kann ausgewertet und gemeldet werden.
Ferner ist eine Fehleranalyse etwa durch Mithören am Zweidraht-Bus 4 durch einen daran über das Interface 10 angeschlossenen PC (oder SPS) möglich. Auch kann die von den Auswerteprozesssoren 6', 6" vorgenommene Systemdiagnoseanzeige 12 beispielsweise in Form einer roten und einer grünen LED, die entsprechend zum Aufleuchten bringbar sind, erfolgen.
Eine Ausführungsform einer Busanschaltung 3 ist in Fig. 2 dargestellt. Hiernach umfaßt die Busanschaltung einen Spannungsreglerteil 13 mit einem Pufferkondensator 14, der über eine Diode 15 geladen und gegen Entladung gesperrt wird. Letzterer dient zur Speicherung der jeweiligen Ist-Spannung des Zweidraht-Bus 4 an der jeweiligen Busanschaltung 3 (entsprechend der Entfernung vom Busnetzteil 9 ist die Spannung aufgrund des Ohm'schen Widerstands entsprechend abgefallen). Während der Signalübermittlung, die durch entsprechenden Spannungsabfall gegenüber der Busspannung stattfindet, sichert der Pufferkondensator 14 die Stromversorgung für den zugehörigen Sensorprozessor 2, Sensor 1 und Speicher 5 bzw. den zugehörigen Auswerteprozessor 5', 6" und Speicher 8.
Ferner umfaßt die Busanschaltung 3 einen Busempfängerteil 16 mit einem Komparator 17 und einer Spannungsteilerschaltung 18. Die Spannungsteilerschaltung 18 teilt und insbesondere halbiert mittels Widerständen 19, 20 die gespeicherte Ist-Busspannung als Vergleichsspannung für den Komparator 17, so daß der Komparator 17 innerhalb eines praktikablen erlaubten Bereichs arbeiten kann, d.h. es ergibt sich eine dynamische Schaltschwelle entsprechend der jeweils vorliegenden Ist-Busspannung, d.h. wenn die Ist-Busspannung an der jeweiligen Busanschaltung 3 abfällt, läuft die Triggerschwelle des Komparators 17 der Ist-Busspannung auf der Hälfte hinterher. Das angelegte Signal wird ebenfalls mittels Widerständen 21, 22 geteilt, und zwar in einem Verhältnis größer als die Teilung durch die Widerstände 19, 20, z.B. gedreiviertelt, so daß die 3/4-Busspannung entsprechend "high" sicher über und die 3/4-Spannung entsprechend "low" (die low-Spannung geht nicht auf Null, sondern beispielsweise wegen des Ohm'schen Leitungswiderstands nur auf etwa 4 bis 5V zurück) sicher unter der Triggerschwelle liegen.
Außerdem umfaßt die Busanschaltung 3 ein Sendeteil 23 mit einem L2MOSFET-Transistor 24, an dessen Gate das Signal vom Sensorprozessor 2 bzw. vom Auswerteprozessor 6', 6" über einen Widerstand 29 angelegt wird, so daß dieser entsprechend dem Signal leitend bzw. nichtleitend ist und somit als Schalter dient. Der Transistor 24 ist über parallele, mit seinem Source nach Ground verbundene Widerstände 25, 26 stromüberwacht, die über einen Widerstand 27 mit dem Gate eines mit seiner Anode mit dem Gate des Transistors 24 verbundenen Thyristors 28 verbunden sind. Wenn der Strom durch den Transistor 24 zu hoch wird, fällt eine proportionale Spannung an den Widerständen 25 und 26 ab, so daß über den Widerstand 27 der Triggerpegel des Thyristors 28 erreicht wird. Thyristor 28 wird leitend und schaltet Transistor 24 über den Widerstand 29 aus, so daß verhindert wird, daß ein Überstrom auf den Zweidraht-Bus 4 gelangt. Der Thyristor 28 bleibt dann während der gesamten Sendezeit, d.h. während der Zeit, während der ein Bit übertragen wird, leitend.
Ein Widerstand 30, der zwischen dem Eingang des Widerstands 29 und Erde geschaltet ist, verhindert ein Einschalten des Transistors 24 beim Hochlaufen der Busspannung am Kondensator 14 vor dem Anlauf der Prozessoren 2, 6', 6".
Ein Kondensator 31 zwischen dem Gate des Thyristors 28 und Erde verhindert eine Zündung des Thyristors 28 bei kurzzeitigen Störungen (Transientenunterdrückung).
Eine Diode 32 dient dem Verpolschutz und eine Transsildiode 33 dem Überspannungsschutz.
Ein Widerstand 34 begrenzt den Einschaltstrom und den Laststrom des Transistors 24 im Fehlerfall.

Claims (15)

  1. Überwachungseinrichtung für eine zu sichernde Einrichtung mit einer Vielzahl von Sensoren (1) mit analogen oder digitalen Schaltzuständen, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, die ein Schaltsignal in Abhängigkeit von den Schaltzuständen der Sensoren (1) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sensor (1) eine prozessorgesteuerte Schaltung (2) zur Erfassung seines Schaltzustands zugeordnet ist und die prozessorgesteuerten Schaltungen (2) der Sensoren (1) an einen mit der Auswerteschaltung verbundenen Zweidraht-Bus (4) mit getakteter Datenübertragung angeschlossen sind, wobei die Sensoren (1) über den Zweidraht-Bus (4), der an ein Netzteil (9) angeschlossen die Energieversorgung der Überwachungseinrichtung vornimmt, jeweils mit wechselnden Signalen zur Abgabe entsprechend wechselnder Sensorsignale stimulierbar sind, wobei die Datenübertragung durch Taktung der Betriebsspannung, die an aktiven Busanschaltungen (3) jeweils über eine Pufferschaltung (13) aufrechterhalten wird, erfolgt.
  2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) stern- und/oder baumförmig ausgebildet ist.
  3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels jeder prozessorgesteuerten Schaltung (2) ein Datensatz vom Zweidraht-Bus (4) adressenmäßig mit der zugehörigen Sensoradresse vergleichbar und bei Übereinstimmung einlesbar und ein den Zustand des zugehörigen Sensors (1) wiedergebender Datensatz auf den Zweidraht-Bus (4) gebbar ist.
  4. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede prozessorgesteuerten Schaltung (2) einen nichtflüchtigen Speicher (5) für die Sensoradresse umfaßt.
  5. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) an ein Konstantstrom-Busnetzteil (9) mit hohem Innenwiderstand angeschlossen ist.
  6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zwei redundante Auswerteprozessoren (6', 6") jeweils mit einem nichtflüchtigen Speicher (8) umfaßt.
  7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die prozessorgesteuerten Schaltungen (2) und die Auswerteschaltung jeweils über eine Busanschaltung (3) mit dem Zweidraht-Bus (4) verbunden sind, die die Pufferschaltung (13) für die Betriebspannung umfaßt.
  8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschaltung (13) einen über eine Diode (15) ladbaren und gegen Entladung sperrenden Pufferkondensator (14) umfaßt.
  9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Busanschaltung (3) ein einen Komparator (17) aufweisende Empfängerteil (18) mit einer Triggerschwelle, die entsprechend der an der Busanschaltung (3) anliegenden Ist-Busspannung gleitet, umfaßt.
  10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschwelle durch eine Spannungsteilerschaltung (19, 20) für die Ist-Busspannung bestimmt ist.
  11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsteilerschaltung (21, 22) für einlaufende Signale derart vorgesehen ist, daß die Pegel sicher über bzw. unter der Triggerschwelle liegen.
  12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Busanschaltung (3) ein Sendeteil (23) mit einem kurzschlußschützten Schalter (24) aufweist.
  13. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeteil (23) einen Thyristor (28) umfaßt, der bei Überstrom auf den Zweidraht-Bus (4) für eine ganze Bitzeit des Signals gesperrt ist.
  14. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede prozessorgesteuerte Schaltung (2) und gegebenenfalls die Auswerteschaltung eine Zustandsanzeige (11, 12) aufweisen.
  15. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweidraht-Bus (4) an einen PC bzw. eine speicherprogrammierbare Steuerung angeschlossen ist.
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