CIRCUITRY FOR MONITORING SWITCHING DEVICES

Abstract: 1. A circuit arrangement for monitoring switching mechanisms which, in two channels, process identical items of data with a clock-pulse offset and at predetermined times in the case of normal operation emit identical items of information via comparable ouptuts, using a fault recognition circuit which in the event of faulty operation prevents the information output, where the fault recognition circuit has at least one amplifier which is supplied with current via a rectifier circuit which is connected to one output of the first switching mechanism and to the same output, which however is negated, of the other switching mechanism characterised in that the clock-pulse supply to the two switching mechanisms (SK1, SK2) takes place via different storage elements of at least one multi-stage register which has its own time standard and, via a gate circuit, is fed with pulses of a clock-pulse generator (G) which forms a second time standard and whose period duration corresponds to the overall transit time of the register, where a storage element (MK3) arranged at the last location of the register supplies the gate circuit via at least one amplifier (VR) of the fault recognition circuit with pulses whose duration exceeds the sum of the transit time tolerances of the register.

Description: Schaltungsanordnung zur Überwachung zweikanaliger Schaltwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Überwachung zweikanaliger Schaltwerke, die gleiche Daten taktversetzt verarbeiten und zu vorgegebenen Zeitpunkten über vergleichbare Ausgänge bei ordnungsgerechtem Betrieb gleiche Informationen abgeben, unter Verwendung einer Fehlererkennungsschaltung, die bei gestörtem Betrieb die Informationsausgabe verhindert. FUr digital arbeitende, elektronische Einrichtungen werden in zunehmendem Masse Hilfsschaltungen benötigt, die einen in einem taktgesteuerten Schaltwerk entstandenen Ausfall zuverlässig erkennbar machen. Dies gilt besonders auf dem Gebiet der Eisenbahnsicherungstechnik. In der DE-OS 26 39 064 wird als zu überwachendes zweikanaliges Schaltwerk beispielsweise eine Schaltungsanordnung zur Überwachung und zur Erkennung von Fehlern in Zählschaltungen beschrieben. Wesentlich ist bei dieser bekannten Anordnung, dass zwei identisch aufgebaute Zählschaltungen vorgesehen sind, die durch Taktimpulse verschiedener Taktphasen eines gemeinsamen Systemtaktes steuerbar sind. In diesem Schaltungszusammenhang ist eine Fehlererkennungsschaltung vorgesehen, die aus mehreren speichernden Schaltgliedern und einem verknüpfenden Schaltglied aufgebaut ist. Durch diese zusätzliche Schaltungsmassnahme wird erreicht, dass die die Zählfunktion eines der beiden Zähler beeinträchtigenden Ausfälle erkennbar werden. Die bekannte Schaltung hat jedoch den Nachteil, dass sie unter neuerdings üblichen Fehlerannahmen für integrierte Schaltkreise nicht den gewünschten Sicherheitsanforderun gen genügt. Dies liegt zum einen an dem Prinzip der bekannten Fehlererkennungsschaltung selbst und zum anderen daran, dass die Fehlererkennungsschaltung bei einem erkannten Zählerausfall die an den Zählereingängen wirksamen Taktimpulse nicht bereits in der Taktimpulsquelle blockieren kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung snordnung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass im Fehlerfall die zum Betrieb der beiden Schaltwerke erforderlichen Taktimpulse abgeschaltet werden, wobei gleichzeitig eine Überwachung der Taktimpulsfrequenz ermöglicht werden soll. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Taktversorgung beider Schaltwerke über verschiedene Speicherzellen mindestens eines mehrstufigen Registers erfolgt, das ein eigenes Zeitnormal aufweist und über eine Torschaltung Impulse eines ein zweites Zeitnormal bildenden Taktgenerators erhält, deren Periodendauer der Gesamtlaufzeit des Registers entspricht, wobei eine an letzter Stelle des Registers vorgesehene Speicherzelle die Torschaltung über mindestens einen Verstärker mit Impulsen versorgt, deren Dauer grösser ist als die Summe der Laufzeittoleranzen des Registers, und dass die Stromversorgung des Verstärkers über eine Gleichrichterschaltung erfolgt, die an einen Ausgang des einen Schaltwerkes und an den gleichen, jedoch negierten Ausgang des anderen Schaltwerkes angeschlossen ist. Diese Schaltungsanordnung kann nicht nur in vorteilhafter Weise zur Über- wachung zweikanaliger Zählerschaltungen verwendet werden, sondern auch für beliebig andere gleich- oder ungleichartig aufgebaute digitale Schaltwerke, z.B. auch für Mikrocomputer. Dabei ist es durchaus vorteilhaft, nicht nur ein mehrstufiges Register zur Taktversorgung der Schaltwerke vorzusehen, sondern zwei mehrstufige Register, von denen jedes jeweils nur ein zugeordnetes Schaltwerk mit Taktimpulsen versorgt. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das mehrstufige Register aus einer vorgegebenen Anzahl von monostabilen Kippgliedern besteht, derart, dass sich die Zeiten der instabilen Schaltlagen addieren. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das mehrstufige Register aus einer vorgegebenen Anzahl in Reihe geschalteter bistabiler Schaltglieder besteht, die durch eine das Zeitnormal bildende gesonderte Taktstromquelle fortschaltbar sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen den Taktgenerator und das aus monostabilen Kippgliedern aufgebaute Register sowie zwischen dessen erstes und zweites Kippglied ein erstes bzw. zweites durch die über den Verstärker geführten Impulse steuerbares D-Kippglied geschaltet ist, wobei das erste D-Kippglied zusammen mit einer an den Taktgenerator angeschlossenen Startschaltung über je ein verknüpfendes Schaltglied das erste mono stabile Kippglied des Registers bzw. das zweite D-Kippglied steuert. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Schaltungsanordnung zur Überwachung zweier taktversetzt arbeitender Schaltwerke, deren Takt versorgung im Fehlerfall abgeschaltet wird, und Figur 2 in mehreren Diagrammlinien verschiedene Schalt zustände der obengenannten Schaltungsanordnung. Das Schaltbild nach Figur 1 zeigt in Blockform zwei Schaltwerke SKI und SK2, die gleiche Daten taktversetzt verarbeiten. Um das Wesentliche darzustellen, ist auf spezielle Datenquellen und Datensenken verzichtet worden. In der Regel benötigt jedes derartiger Schaltwerke wie z.B. Mikrocomputer, mehrere verschiedene Systemtakte; beim Ausführungsbeispiel wird im Hinblick auf eine bessere Übersicht jedoch jeweils nur ein Taktpuls zugeführt. Die Erzeugung dieser Taktpulse erfolgt praktisch dadurch, dass zwei verschiedene Schaltungsteile mit eigenen Zeitnormalen über eine Torschaltung zusammen arbeiten und bei ordnungsgerechtem Betrieb eine Art Selbsthaltekreis bilden. Zu dem Zweck ist als erstes Zeitnormal ein TaktgeneratorG vorgesehen, der ständig Taktimpulse an ein erstes D-Kipp- glied DF1 und an eine Startschaltung EG abgibt. Das zweite Zeitnormal ist praktisch durch ein mehrstufiges Register gegeben, welches aus einer vorgegebenen Anzahl von monostabilen Kippgliedern MKI, MK2 und MK3 besteht. Je nach Bedarf können es natürlich auch wesentlich mehr monostabile Kippglieder sein, die derart in Reihe geschaltet sind, dass sich die Zeiten der instabilen Schaltlagen addieren. Wesentlich ist noch für die Bemessung der Schaltung, dass die Periodendauer der vom Taktgenerator G abgegebenen Impulse der Gesamtlaufzeit des das zweite Zeitnormal darstellenden Registers entspricht. Hierdurch ist bei ordnungsgerechtem Betrieb der Schaltung gewährleistet, dass zu bestimmten Zeitpunkten ein sogenannter Fensterimpuls FS in Diagrammlinie L7 von Figur 2 zur Verfügung steht. Bei dessen Vorhandensein kann ein weiterer vom Taktgenerator G abgegebener Impuls vom Register übernommen werden. Nähere Einzelheiten hierzu werden später noch erläutert. Der genannte Fensterimpuls FS muss durch Bemessung des an letzter Stelle des mehrstufigen Registers vorgesehenen monostabilen Kippgliedes MK3 in seiner Dauer so bemessen sein, dass diese grösser ist als die Summe der Laufzeittoleranzen des gesamten Registers. Durch diese Bemessung ist gewährleistet, dass beim Uberschreiten der Summe der genannten Laufzeittoleranzen des Registers ein Abschaltvorgang eingeleitet wird, so dass die beiden Schaltwerke SK1 und SK2 keine Taktimpulse mehr erhalten. Dieser Zustand ist als sicher anzusehen, da dann weder über den Ausgang SKi7 des Schaltwerkes SK1 noch über den negierten Ausgang SK12 des anderen Schaltwerkes SK2 dynamische Signale ausgegeben werden können. An die Startschaltung EG ist mit seinemnegierenden Eingang ein UND-Glied Ul sowie ein ODER-Glied 01 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des ersten D-Kippgliedes DFI verbunden ist. An den negierten Ausgang des D-Kippgliedes DFI ist der andere Eingang des UND-Gliedes U1 angeschlossen. Anstelle dieses verknüpfenden Schaltgliedes kann auch ein ODER-Glied mit negiertem Ausgang verwendet werden, das mit der Startschaltung EG und mit dem nicht negierten Ausgang des D-Kippgliedes DF1 verbunden wird. Der Ausgang des Schaltgliedes Ul ist mit dem negierten Setzeingang S eines zweiten D-Kippgliedes DF2 verbunden, dessen Takteingang an den negierten Ausgang des an erster Stelle des Registers liegenden monostabilen Kippgliedes MK1 angeschlossen ist. Dieses Kippglied MKI ist widerum eingangsseitig mit dem ODER-Glied Ol verbunden. An den negierten Ausgang des D-Rippgliedes DF2 sind der Takteingang des Schaltwerkes SKI sowie der Eingang des monostabilen Kippgliedes MK2 angeschlossen, dessen negierter Ausgang wiederum mit dem Takteingang des Schaltwerkes SK2 und dem Eingang des an letzter Stelle des Registers vorgesehenen Kippgliedes MK3 verbunden ist. Der Ausgang diesesKippgliedes MK3 ist mit dem Eingang eines Verstärkers VR verbunden, dessen Stromversorgung über eine aus vier Dioden DI, D2, D3 und D4 gebildete Gleichrichterschaltung erfolgt. Diese ist einerseits mit dem Ausgang SK11 des Schaltwerkes SK1 und andererseits mit dem negierenden Ausgang SK12 des Schaltwerkes SK2 verbunden. Die Ausgänge SK11 und SK12 sind bezüglich einer abzugebenden Information bis auf die Negierung identisch, Dies bedeutet, dass nur bei ordnungsgerechtem Betrieb der beiden Schaltwerke SK1 und SK2 an der Gleichrichterschaltung eine Potentialdifferenz zur Verfügung steht, derart, dass unabhängig von deren Richtung die Stromversorgung des Verstärkers VR gewährleistet ist. Der Ausgang des Verstärkers VR, der bei ordnungsgerechtem Betrieb den obengenannten Fensterimpuls FS, vgl. Diagrammlinie L7 in Figur 2, führt, ist mit dem negierten R-Eingang des D-Kippgliedes DFI sowie mit dem D-Eingang des D-Kippgliedes DF2 verbunden. Die vorstehend beschriebene Schaltung kann dahingehend abgewandelt werden, dass für Schaltwerke mit mehreren Ausgängen diesen wie in der Schaltungsanordnung nach Figur1 dargestellt ist, weitere Verstärker mit Gleichrichterschaltungen zugeordnet werden. Bei einer derartigen Schaltung werden die Verstärker in Reihe geschaltet, so dass der Fensterimpuls FS zunächst alle in Reihe geschalteten Verstärker durchlaufen muss, um schliesslich bei den beiden D-Kippgliedern DF7 und DF2 zu Steuerzwecken zur Verfügung zu stehen. Nachfolgend wird nun die Wirkungsweise der gesamten Schaltungsanordnung näher erläutert. Im abgeschalteten Zustand, bei dem für die beiden Schaltwerke SKI und SK2 keine Taktimpulse zur Verfügung stehen, weist der Ausgang des Verstärkers VR L-Pegel auf. Dies hat zur Folge, dass das D-Kippglied DF1 gesperrt ist, auch wenn am D-Eingang ständig H-Pegel liegt. Während dieses einleitend angenommenen Schaltzustandes befinden sich ferner alle monostabilen Kippglieder MKI, MK2 und MK3in der stabilen Schaltlage. Eine Ubernahmevon Impulsen aus demständiglaufendenTaktgeneratorG kann erst aufgrund eines Startvorganges mit Hilfe der Startschaltung EG erfolgen. Zu dem Zweck wird ein TastenkontaktT, der auf H-Pegel liegt, kurzzeitig geschlossen; vgl. Diagrammlinie L3, Impuls ST, der an die nachgeordneten Schaltglieder U1 und 01 abgegeben wird. Beim Vorliegen der Vorderflanke eines vom Taktgenerator G abgegebenen Impulses, vgl. Diagrammlinie L2, während des Vorhandenseins des Startimpulses ST wird das monostabile Kippglied MKl über das ODER-Glied 01 in die instabile Lage gesteuert, vgl. Diagrammlinie L4. Ferner wird das D-Kippglied DF2 über das UND-GliedUl gesetzt, da dessen Ausgang während des Startimpulses ST auf L-Pegel liegt, vgl. Diagrammlinie L5. Wenn nun das monostabile Kippglied MK1 wieder in seine stabile Lage zurückkehrt und vorher bereits der Startimpuls ST beendet ist, wird das D-Kippglied DF2 wieder in die andere Lage zurückgeschaltet. Dies ist dadurch möglich, dass der negierte S-Eingang des D-Kippgliedes DF2 zu jenem Zeitpunkt H-Pegel führt. Zum selben Zeitpunkt liegt ferner am D-Eingang des D-Kippgliedes DF2 immer noch L-Pegel. Das Ausgangssignal des D-Kippgliedes DF2 steht nun für das Schaltwerk SKI zur Verfügung und schaltet ferner das mono stabile Kippglied MK2 in dessen instabile Lage, vgl. Diagrammlinie L6. Nach einer für das monostabile Kippglied MK2 fest vorgegebenen Zeitspanne fällt dieses wieder in die stabile Lage zurück. Die dabei vorhandene Taktflanke steuert das Schaltwerk SK2 und das monostabile Kippglied MK3, vgl. Diagrammlinie L6. In der praktischen Ausführung der Schaltungsanordnung nach Figur 1 wird zweckmässigerweise eine Verzögerung derart vorgesehen, dass das bistabile Kippglied MK3 erst dann in den instabilen Zustand schaltet, wenn die beiden Schaltwerke SKI und SK2 an ihren Ausgängen SKI 1 und SKI 2 eindeutige Zustände angenommen haben. Das vom monostabilen Kippglied MK3 ausgegebene und vom Verstärker VR ausgegebene Signal dient als Fensterimpuls FS, vgl. Diagrammlinie L7, in dessen zeitlichen Bereich die nächste Vorderflanke des vom Taktgenerator G abgege benen Signals fallen muss, wenn der obenerwähnte Selbsthaltekreis der Gesamtschaltung zustande kommen soll. Durch den Fensterimpuls FS liegt am negierten R-Eingang des D-Kippgliedes DF1 H-Pegel, 8o dass dieses gesetzt werden kann, vgl. Diagrammlinie Ll. Tritt infolge einer Störung zwischen den beiden Zeitnormalen eine unerwUnsch- te zeitliche Veränderung ein, so kann das D-Kippglied DF1 nicht gesetzt werden, da der Fensterimpuls FS in dem Fall entweder zu früh oder zu spät kommt. Bei ordnungsgerechtem Arbeiten wird nachfolgend wieder das D-Kippglied DF2 über das UND-Glied U1 bei dem dann am S-Eingang vorhandenen L-Pegel gesetzt. Ferner wurde beim Schalten des D-Kippgliedes DF1 das monostabile Kippglied MKI über das ODER-Glied Ol in die instabile Lage geschaltet, vgl. Diagrammlinie L4. Vor dem Zurückfallen dieses monostabilen Kippgliedes MK1 in dessen stabile Lage muss der Fensterimpuls FS, vgl. Diagrammlinie L7 wieder aufgehört haben, so dass am D-Eingang des D-Kippgliedes DF2 wieder L-Pegel vorhanden ist. Beim Zurückfallen des monostabilen Kippgliedes MK7 in die stabile Lage wird das D-Kippglied DF2 wieder zurückgesetzt. Anschliessend laufen Vorgänge an, die bereits beim Erläutern des Startvorganges beschrieben wurden. Beim ordnungsgerechten Arbeiten beider Schaltwerke SKI und SK2 sowie beim Einhalten vorgegebener Zeitbedingungen wird das aus den monostabilen Kippgliedern gebildete Register stets erneut über das D-Kippglied DP1 angestossen. Auch ein Fehler im D-Kippglied DF1 würde dazu führen, dass die gesamte Taktversorgung unterbrochen wird. Ein selbsttätiger Wiederanlauf der Schaltung ist nicht möglich und kann nur durch die Startschaltung EG eingeleitet werden. 2 Figuren 4 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Überwachung zweikanaliger Schaltwerke, die gleiche Daten taktversetzt verarbeiten und zu vorgegebenen Zeitpunkten über vergleichbare Ausgänge bei ordnungsgerechtem Betrieb gleiche Informationen abgeben, unter Verwendung einer Fehlererkennungsschaltung, die bei gestörtem Betrieb die Informationsausgabe verhindert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Taktversorgung beider Schaltwerke (SK1, SK2) über verschiedene Speicherzellen mindestens eines mehrstufigen Registers erfolgt, das ein eigenes Zeitnormal aufweist und über eine Torschaltung Impulse eines ein zweites Zeitnormal bildenden Taktgenerators (G) erhält, deren Periodendauer der Gesamtlaufzeit des Registers entspricht, wobei eine an letzter Stelle des Registers vorgesehene Speicherzelle (MK3) die Torschaltung über mindestens einen Verstärker (VR) mit Impulsen versorgt, deren Dauer grösser ist als die Summe der Laufzeittoleranzen des Registers, und dass die Stromversorgung des Verstärkers (VR) über eine Gleichrichterschaltung (D7, D2, D3, D4) erfolgt, die an einen Ausgang (SK77) des einen Schaltwerkes (SKI) und an den gleichen, jedoch negierten Ausgang (SKI 2) des anderen Schaltwerkes (SK2) angeschlossen ist. 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 das mehrstufige Register aus einer vorgegebenen Anzahl von monostabilen Kippgliedern (MK1, NK2, MK3) besteht, derart, dass sich die Zeiten der instabilen Schaltlagen addieren. 3. 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 das mehrstufige Register aus einer vorgegebenen Anzahl in Reihe geschalteter bistabiler Schaltglieder besteht, die durch eine das Zeitnormal bildende gesonderte Taktstromquelle fortschaltbar sind. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Taktgenerator (G) und das Register sowie zwischen dessen erstes und zweites Schaltglied (MK1, MK2) ein erstes bzw. zweites durch die über den Verstärker (VR) gefUhr- ten Impulse steuerbares D-Kippglied (DF1, DF2) geschaltet ist, wobei das erste D-Kippglied (DF1) zusammen mit einer an den Taktgenerator (G) angeschlossenen Startschaltung (EG) über je ein verknüpfendes Schaltglied (U1, 01) das erste monostabile Kippglied (MK1) des Registers bzw. das zweite D-Kippglied (DF2) steuert.

Inventors: STRELOW, HORST, DIPL.-ING., ZELLER, CHRISTOPH, ING. GRAD.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: H03K21
IPC codes: H03K19, H03K21