(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータをモニタするためのモニタリング装置であって、
前記コンバータへの入力変数が入力参照値についての第１の所定許容範囲内に位置する場合に、第１のフラグを設定する入力検出器と、
前記コンバータからの出力変数が出力参照値についての第２の所定許容範囲内に位置する場合に、第２のフラグを設定する出力検出器と、
前記第１および第２のフラグを比較し、それぞれの時間軸上の位置が一致する場合に、前記コンバータが正しく作動していると判定し、さもなければ、前記コンバータが故障していると判定する評価ユニットと
を有することを特徴とするモニタリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモニタリング装置において、前記入力参照値または前記出力参照値が、電圧または電流についての値０と一致することを特徴とするモニタリング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモニタリング装置において、前記コンバータが、デジタル／アナログ・コンバータであり、前記出力検出器が、アナログ検出器であり、前記入力検出器および前記評価ユニットが、１つのデジタル・ユニットで作られていることを特徴とするモニタリング装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモニタリング装置において、前記コンバータが、アナログ／デジタル・コンバータであり、前記入力検出器が、アナログ検出器であり、前記出力検出器および前記評価ユニットが、１つのデジタル・ユニットで作られていることを特徴とするモニタリング装置。
【請求項５】
コンバータをモニタする方法であって、
前記コンバータへの入力変数が入力参照値についての第１の所定許容範囲内に位置する場合に、第１のフラグを設定する第１ステップと、
前記コンバータからの出力変数が出力参照値についての第２の所定許容範囲内に位置する場合に、第２のフラグを設定する第２ステップと、
前記第１および第２のフラグを比較し、それぞれの時間軸上の位置が一致する場合に、前記コンバータが正しく作動していると判定し、さもなければ、前記コンバータが故障していると判定する第３ステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記入力参照値または前記出力参照値が、電圧または電流についての値０と一致することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記第３ステップにおいて前記コンバータが故障していると判定されたならば、前記出力変数が無効とマークされることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、前記第３ステップにおいて前記コンバータが故障していると判定されたならば、前記コンバータに依存する電気スイッチギヤ組立体についての保護装置の保護機能をオフにすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法において、前記第３ステップは、前記コンバータについての遅延時間だけ互いに対してシフトした後に決定された前記入力変数および前記出力変数の値に基づいて行うことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の方法において、前記出力変数を、前記コンバータに対する前記入力変数が前記入力参照値についての前記第１の所定許容範囲内に位置するかどうかに依存する出力参照値と比較することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護技術、特に電気スイッチギヤ組立体のための保護技術の分野に関する。本発明は、装置に、そして、特許請求の範囲の請求項１、５の前文によるコンバータの動作をモニタする装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気スイッチギヤ組立体、たとえば、中、高、低電圧スイッチギヤ組立体は、制御、保護装置を有する。保護装置は、電気的な故障、たとえば、短絡またはライン中断を確実に検出、識別、位置確定しなければならないし、また、故障が伝播し、システム・パーツを破壊するのを防ぐように適切な対抗策を開始しなければならない。しかしながら、同時に、保護装置は、いかなるシステム・パーツも不必要にオフにしてはならない。したがって、保護装置それ自体もまた、高レベルの信頼性を持たなければならない。このために、保護装置の個々のユニット、特に、コンバータをモニタする必要がある。このようなコンバータの例としては、試験アンプ、デジタル／アナログ・コンバータまたはアナログ／デジタル・コンバータがある。コンバータの欠陥は、一般的に、測定データの破壊を招き、そして、保護装置からの誤反応を招く。
一般的に知られている方法では、装置内のユニットについて冗長な設計を行って活動中のモニタリングを実施している。すなわち、このようなユニットは、二重または三重の設計となっており、そして、ユニットからの出力信号間の不一致により、１つのユニットが故障していることを推測する。しかしながら、このような冗長性は、ユニットのコストが少なくとも二倍、三倍となる。
【０００３】
装置の動作をモニタする他の方法が、米国特許第４，２１５，４１２号明細書から知られている。この場合、航空機エンジンについての制御変数および出力変数が、エンジン作動中に、測定される。エンジンのコンピュータ・ベースのシミュレーション・モデルが、測定された制御変数を使用して、作動中に連続的にエンジンの応答性および出力変数をシミュレーションする。このために、適切な計算複雑レベルを持つ複雑な数学的なモデルが使用される。もし連続的に変化し、算出され、測定された出力変数が一致しないならば、インジケータがオペレータのために起動される。しかしながら、シミュレーション・モデルを作り、それを所定のエンジンに一致させ、作動中に連続的に計算を行うには、高レベルの複雑さを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、前記の欠点を排除する、冒頭に記載したタイプのコンバータの動作をモニタする装置および方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１、５の特徴を有する、コンバータの動作をモニタする装置および方法によって達成される。
コンバータの動作をモニタする本発明の方法は、コンバータについての入力変数の値が第１の所定入力参照値となっているかどうかを検出すること、そして、コンバータからの出力変数が、同様に、対応する、第２の所定出力参照値となっているかどうかをチェックすることからなる。
このことは、コンバータの動作が、特に個々の所定値を使用するだけで、随時の瞬間にのみテストされることを意味する。所定値のみを入力、出力変数の瞬間的な値と比較するという事実は、本発明による装置が非常に簡単な手段を使用して作ることができることを意味する。
本発明の１つの好ましい変形例において、所定値は、電流についての値０または電圧についての値０に対応する。すなわち、アース電位および／または電気システムの供給電圧に対応する。
本発明による方法は、特に、電気スイッチギヤ組立体用の制御装置あるいは保護装置におけるコンバータの動作をモニタするのに適している。これに関連して、コンバータの故障が検出されたとき、このコンバータに依存するすべての保護機能がオフにされると好ましい。
さらなる好ましい実施例は、特許請求の範囲の従属請求項に見出すことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、添付図面に示す好ましい実施例を用いてさらに詳細に説明する。
図面において使用する参照符号は、それらの意味と共に参照符号の説明の項に要約されている。原則として、全図を通じて、同じ部品は、同じ参照符号が付けてある。
【０００７】
図１は、本発明によるモニタリング装置１０を有するコンバータ１の構造を示す概略図である。コンバータ１についての入力変数２および入力参照値４１が、入力検出器４に送られる。コンバータ１からの出力変数３および出力参照値６１は、出力検出器６に送られる。入力検出器４からのデジタル入力フラグ５および出力検出器６からのデジタル出力フラグ７は、状況信号９を生成するために評価ユニット８に送られる。オプションとして、入力フラグ５は、出力検出器６にも送られる。
本発明による方法は、次の方法で機能する。入力検出器４は、連続的に入力変数２をモニタする。入力変数２の値が入力参照値４１についての所定許容範囲の外に位置する限り、入力検出器４は入力フラグ５を所定値に、たとえば値０にセットする。もし入力変数２の値が入力参照値４１とほぼ同じであるならば、すなわち、入力変数２の値が入力参照値４１とについての所定許容範囲内に位置する場合には、入力検出器４は、入力変数２と入力参照値４１との一致を検出する。したがって、入力検出器４は、それに応答して入力フラグ５を別の値に、たとえば、値１にセットする。同様にして、出力検出器６は、連続的に出力変数３の値を出力参照値６１と比較する。出力検出器６は、フラグ７を形成し、出力変数３と出力参照値６１との一致を示す。すなわち、出力変数３が出力参照値６１についての所定許容範囲内に位置するかどうかを示す。本発明による方法の１つの変形例において、入力フラグ５と出力検出器６の間のオプションのつながりが入力検出器４から応答を示している場合にのみ、出力変数３が比較される。評価ユニット８は、入力フラグ５および出力フラグ７を受け取り、それらを使用して次の方法で状況信号９を形成する。もし入力フラグ５および出力フラグ７が共に適切な検出器４、６からの応答を示している場合には、状況信号９はコンバータ１の正しい動作を知らせる。もし入力フラグ５と出力フラグ７の間に一致がないならば、状況信号９はコンバータ１の故障を知らせる。状況信号９は、連続的に、あるいは、入力フラグ５が入力検出器４からの応答を示す場合にのみ、形成されてもよい。
【０００８】
本発明の１つの変形例において、出力検出器６における比較動作は、連続的に実施され、入力検出器４での比較および／または状況信号９の形成は、出力検出器６からの応答がある場合にのみ実施される。
本発明のさらなる変形例において、評価ユニット８は、コンバータ遅延時間を取り入れ、入力フラグ５を、この遅延時間後にのみ生じる出力フラグ７の値と比較する。このことは、入力変数２および出力変数３がそれぞれの所定許容範囲内に位置するかどうかの判定が、コンバータ１についての遅延時間だけ互いに対してシフトした後に決定された入力変数２および出力変数３の値に基づいて行われることを意味する。
【０００９】
図２は、水平方向時間軸ｔ、第１変数についての曲線ｓ１、第１の参照値ｒ１、第１の許容範囲ｄ１および第１のフラグについての曲線ｆ１、第２の変数についての曲線ｓ２、第２の参照値ｒ２、第２の許容範囲ｄ２および第２のフラグｆ２、第３の変数についての曲線ｓ３、第３の参照値ｒ３、第３の許容範囲ｄ３および第３のフラグｆ３、およびまた、第４の変数についての曲線ｓ４、第４の参照値ｒ４、第４の許容範囲ｄ４および第４のフラグｆ４を示している。第１、第２のフラグｆ１、ｆ２は、第１、第２の変数ｓ１、ｓ２が、第１、第２の参照値ｒ１、ｒ２についての第１、第２の許容範囲ｄ１、ｄ２内にある場合にのみ、上記の方法で、値１にセットされる。同じことが、第３、第４のフラグｆ３、ｆ４に対して同様の方法で適用される。
第１の変数はその値について連続曲線ｓ１を有する。そして、第２の変数は個別の値ｓ２を有する。第１、第２の変数は、たとえば、作動しているアナログ／デジタル・コンバータ１の入力変数２および出力変数３のそれぞれに対応する。この場合、コンバータ１からの出力変数は、デジタル符号化形態にある。本発明の他の変形例において、コンバータ１は、アナログ・アンプである。そして、コンバータ１が作動しているとき、入力変数２および出力変数３についての曲線は、共に、第１の変数についての曲線とほぼ一致する。本発明のさらなる変形例において、コンバータ１は、デジタル／アナログ・コンバータであり、このコンバータ１が作動しているとき、入力変数２および出力変数３についての曲線は、共に、第２の変数についての曲線とほぼ一致する。
【００１０】
コンバータ１が、瞬間ｔ1の後、出力変数３を最大値または最低低へ連続的に駆動／オーバーライドしているという理由によって作動していない場合には、出力変数３についての曲線は、曲線ｓ３に従って創り出される。出力フラグ７についての対応する曲線ｆ３は、瞬間ｔ1の後、出力検出器６から何らの応答もないことを示している。このことは、入力フラグ５、出力フラグ７間にまったく一致が生じないことを意味する。従って、コンバータ１の故障が検出され、状況信号９をセットすることによって知らされる。
出力変数３が大きすぎるオフセットを有するという理由でコンバータ３が作動していない場合には、入力変数２がｓ１またはｓ２による曲線を有するとき、出力変数３についての曲線が、曲線ｓ4に従って創り出される。出力フラグ７についての対応する曲線ｆ４は、出力検出器６が、ｓ１による曲線についての入力検出器４とは異なった瞬間に応答するということを示している。このことは、この場合、入力フラグ５と出力フラグ７の間に一致が生じないことを意味する。従って、コンバータ１の故障が検出され、状況信号９をセットすることによって知らされる。
【００１１】
参照値４１、６１は、たとえば、機器を作動させたときに、コンバータ１をチューニングすることによって決定される。コンバータ１がアナログ／デジタル・コンバータである場合には、入力変数２は、所定値、好ましくはアース電位または電流ゼロとして接続される値０を有すると好ましい。入力検出器４が応答する所定入力参照値４１も同様に値０である。コンバータ１におけるオフセットは、一般的にゼロとは異なる出力変数３の或る特定の値を生成する。出力変数３のこの値は、出力検出器６が応答する出力参照値６１と同じものとして選ばれる。出力参照値６１は、入力参照値４１ゼロに対応する。コンバータ１がデジタル／アナログ・コンバータである場合、出力変数３が値０になるまで、入力変数２は変化する。入力変数２の対応する値は、入力参照値４１と同じものとして選ばれ、出力参照値６１ゼロに割り当てられる。同様の方法で、アース電位の代わりにコンバータ１のアナログ側についての参照値としてシステムの供給電圧または定格電圧を使用するチューニングが実施される。
したがって、コンバータ１の動作をモニタするための本発明のモニタリング装置１０は、コンバータ１がシステム内のアナログ・コンバータまたは既存のコンバータ１である場合、次のものを有する。すなわち、コンバータ１についての入力変数２についての入力参照値４１の検出に基づいて入力フラグ５を生成する入力検出器４と、コンバータ１から出力検出器６、６′、６″、６'''に割り当てられた出力変数３、３′、３″、３'''についての出力参照値６１、６１′、６１″、６１'''の検出に基づいて出力フラグ７、７′、７″、７'''を生成するための出力検出器６、６′、６″、６'''と、検出器からの結果、すなわち、入力、出力フラグ５、７、７′、７″、７'''を比較し、また、フラグ５、７、７′、７″、７'''間の一致を知らせる状況信号９を生成する評価ユニット８とを有する。
【００１２】
図３は、本発明の好ましい変形例を示している。モニタリング装置１０は、コンバータ１と、出力検出器６と、デジタル・ユニット１２とを有する。コンバータ１は、デジタル・ユニット１２からデジタル符号化形態の入力変数２を受け取るデジタル／アナログ・コンバータである。デジタル・ユニット１２は、入力部（図示せず）を経て伝えられる入力変数２を受け取るか、または、入力変数２そのものを生成する。出力検出器６は、出力フラグ７またはアナログ・フラグをデジタル・ユニット１２に伝えるアナログ・モジュールである。アナログ・フラグは、出力変数３と出力参照値６１との一致を示す。デジタル・ユニット１２は、プログラム可能な演算装置、たとえば、マイクロプロセッサまたはASIC（Application-Specific Integrated Circuit）またはFPGA（Field Programmable Gate Array）および／または特別に設計したデジタル回路を有する。入力検出器４および評価ユニット８の上記の機能は、デジタル・ユニット１２において実現される。このために、デジタル・ユニット１２は、入力変数２と入力参照値４１との一致を示すデジタル・フラグを形成すると好ましい。デジタル・フラグは、デジタル・ユニット１２内の内部変数または内部信号によって生成されると好ましい。
【００１３】
図４は、本発明のさらに別の好ましい変形例を示している。モニタリング装置１０は、コンバータ１と、入力検出器４と、デジタル・ユニット１２とを有する。コンバータ１は、アナログ／デジタル・コンバータであり、デジタル・ユニット１２にデジタル符号化形態の出力変数３を伝える。デジタル・ユニット１２は、出力部（図示せず）を経て出力変数３を伝えるか、それ自体を演算処理する。入力検出器４は、入力フラグ５またはアナログ・フラグをデジタル・ユニット１２に伝えるアナログ・モジュールである。アナログ・フラグは、入力変数２と入力参照値４１との一致を示す。デジタル・ユニット１２は、プログラム可能な演算装置、たとえば、マイクロプロセッサまたはASICまたはFPGAおよび／または特別に設計したデジタル回路を有する。出力検出器６および評価ユニット８の上記の機能は、デジタル・ユニット１２において実現される。このために、デジタル・ユニット１２、出力変数３と出力参照値６１との一致を示すデジタル・フラグを形成する。デジタル・フラグは、デジタル・ユニット１２における内部変数または内部信号によって生成されると好ましい。
【００１４】
図５は、本発明のさらに別の好ましい変形例を示している。この図において、コンバータ１は、複数のカスケード式コンバータ部１′、１″、１'''を包含する。これらのコンバータ部の出力変数３′、３″、３'''は、出力検出器６′、６″、６'''に送られ、出力フラグ７′、７″、７'''を形成する。入力フラグ５および出力フラグ７′、７″、７'''は、評価ユニット８によって評価される。評価ユニット８は、入力フラグ５および／または出力フラグ７′、７″、７'''間に一致がない場合、コンバータ部１′、１″、１'''が故障していると推測する。
【００１５】
本発明の１つの好ましい変形例において、所定参照値は、電流についての値０または電圧についての値０に対応する。すなわち、アース電位および／または電気システムについての供給電圧に対応する。このような参照値は、それらがシステムの全体にわたって生じ、定められるという利点を有する。アナログ変数についての参照値がアース電位または値０に対応する場合、アナログ検出器は、単にアナログ・コンパレータとなり、そのチェンジオーバー閾値は、参照値０についての所定許容範囲の上限と同じとなる。アナログ変数の絶対値が許容範囲の上限より下にある場合には、コンパレータは、その出力信号またはアナログ・フラグを値１にセットし、したがって、アナログ変数が所定参照値０を有することを示す。
【００１６】
本発明による方法は、特に、電気スイッチギヤ組立体のための制御装置または保護装置におけるコンバータの動作をモニタするのに適している。たとえば、デジタル／アナログ・コンバータ１は、保護装置からグラスファイバを経てデジタル的に伝えられた信号２をアナログ信号３に変換するのに使用される。これらのアナログ信号３は、既存の保護器具のアナログ入力部に送られる。好ましくは、図３の構造に基づく本発明によるモニタリング装置１０は、このようなデジタル／アナログ・コンバータ１について使用される。アース電位に対応する参照値０を使用して電圧をモニタすることが好ましい。電流も、参照値０を使用してモニタされると好ましい。電流測定値を処理するコンバータ１についてのモニタリングをチューンするために、ラインの適切な部をゼロ電流に切り替える。
電流測定値を処理するコンバータ１の場合、コンバータ３からの出力変数３をオーバーライドさせるコンバータ１における故障は、遅延なしの、すなわち、保護装置が反応する必要がある時点でのシステム内の短絡電流から区別できない。この場合でも、本発明は、故障を検出するのを可能にする。
電気スイッチギヤ組立体のための保護装置におけるコンバータ１の動作をモニタするとき、コンバータ１における故障の検出で、たとえば、適切な状況信号を伝えることによって、出力変数３を無効としてマーク付けすると好ましい。この場合、コンバータ１に依存している保護機能をオフにすると好ましい。これは、スイッチギヤ組立体において故障が非常に希に生じるために、許される。これに関連して、欠陥のあるコンバータ１によって生じた作動上の欠陥のリスクが、最適のやり方では検出されない欠陥のリスクよりも大きいという点で有利である。
【００１７】
本発明は、非常に単純な手段を使用してモニタリングを実現できるという利点を有する。たとえば、デジタル／アナログ・コンバータまたはアナログ／デジタル・コンバータのためにたった１つの付加的なアナログ・モジュールを必要とするだけであると共に、他の機能は、デジタル・ユニット１２、たとえば、どこにでもあるプログラム可能なデジタル・ユニットで実現され得る。本発明によるモニタリングは、既存のコンバータに後付けで実装することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモニタリング装置を有するコンバータ構造の概略図である。
【図２】本発明による信号についての波形を示している。
【図３】本発明によるモニタリングを行うコンバータ・ユニットの構造を示している。
【図４】本発明によるモニタリングを行うコンバータ・ユニットの構造を示している。
【図５】複数のコンバータ・ステージおよび本発明によるモニタリング装置を有するコンバータ構造の概略図である。
【符号の説明】
１  コンバータ
１′、１″、１'''  コンバータ部
２  入力変数
３、３′、３″、３'''  出力変数
4  入力検出器
５  入力フラグ
６、６′、６″、６'''  出力検出器
７、７′、７″、７'''  出力フラグ
８  評価ユニット
９  状況信号
１０  モニタリング装置
１２  デジタル・ユニット
４１  入力参照値
６１、６１′、６１″、６１'''  出力参照値
ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ4  第１、第２、第３、第４の曲線
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４  第１、第２、第３、第４の参照値
ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４  第１、第２、第３、第４の許容範囲
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４  第１、第２、第３、第４のフラグ
【図１】
0005068899.tif 000002
【図２】
0005068899.tif 000003
【図３】
0005068899.tif 000004
【図４】
0005068899.tif 000005
【図５】
0005068899.tif 000006