ARRANGEMENT FOR DELIVERING GALVANICALLY ISOLATED SIGNALS FOR A CONTROL SYSTEM

Abstract: In such an arrangement, the signals should be fed from the outputs of the control system (D) concerned via optocouplers (01, 02, 03) to downstream processing devices only if the control system is operating correctly. At the same time, the optocouplers (01, 02, 03) are supplied with power via a converter (U) to which a characteristic signal is fed which indicates that the control system (D) is working correctly. Like the optocouplers (01, 02, 03) the converter (U) has an electrical separation between the control system (D) and the processing devices. Such devices are used in process computers in technical systems having high safety requirements, for example railway safety systems. <IMAGE>

Description: Einrichtung zur potentialgetrennten Signalausgabe in einem Steuerwerk Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur potentialgetrennten Signalausgabe mit Hilfe von aus Einund Ausgangselementen bestehenden Optokopplern in einem durch eine Stromversorgungseinrichtung gespeisten Steuerwerk, das nur bei ordnungsgerechtem Betrieb ein diesen anzeigendes Kennsignal liefert. Aus dem Buch "Optoelektronik kurz und bündig", Vogel-Verlag 1975, Kapitel 6.1.2 ist es bekannt, Optokoppler zur potentialgetrennten Signalausgabe in Prozessrechnersyste- men zu verwenden. Wenn Steuerwerke, u. a. Prozessrechnersysteme, in technischen Anlagen mit hohen Sicherheitsanforderungen, z. B. Eisenbahnsicherungsanlagen, eingesetzt werden, ist eine Uberwachung der Steuerwerke auf ordnungsgerechten Betrieb erforderlich. Bei einer Fehlfunktion des Steuerwerkes muss der jeweilige technische Prozess zur sicheren Seite hin beeinflusst werden. Die Uberwachung kann beispielsweise in Form einer Selbstprüfung des Steuerwerkes durch Einsatz redundanter, sich gegenseitig vergleichender Systeme erfolgen. Ein ordnungsgerechter Betrieb des Steuerwerkes wird in jedem Fall zweckmässigerweise durch ein andauerndes Kennsignal angezeigt. Nur beim Vorliegen dieses Kennsignales können die Ausgangssignale des Steuerwerkes bedenkenlos weitergeleitet werden. Daher müsste das Kennsignal mit jedem auszugebenden Signal durch ein sicheres UND-Glied kombiniert werden. Derartige Massnahmen bedingen jedoch einen nicht unerheblichen technischen Aufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung derart auszubilden, dass mit geringem technischen Aufwand eine sichere Verknüpfung zwischen den ausgangsseitigen Signalen des Steuerwerkes und dem Kennsignal erzielt wird. Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Stromversorgung der Ausgangselemente aller Optokoppler ein galvanisch trennender, vom Kennsignal des Steuerwerkes speisbarer Umsetzer vorgesehen ist. Die galvanische Trennung verhindert dabei Verkettungen zwischen den von der Signalausgabe anzusteuernden Elementen und dem Steuerwerk. Dabei sind über die Optokoppler auch Analogsignale übertragbar. Der Umsetzer kann so ausgebildet sein, dass die Grösse der Ausgangsspannung abhängig von der Energie und/oder der Qualität des Kennsignales ist. Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Umsetzer mit nfail-safe"-Verhal- ten verwendet ist. Dadurch wird erreicht, dass bei abgeschaltetem Kennsignal keine Versorgungsspannung an die Ausgangselemente der Optokoppler gelangt. Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemässen Einrichtung sieht vor, dass die galvanische Trennung im Umsetzer über ein magnetisches Feld erfolgt. Damit ist eine relativ verlustfreie Energieübertragung möglich. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärker für das Kennsignal vorgesehen ist. Damit ist eine Anpassung der Stär ke des Kennsignales an den Energiebedarf der Optpkoppler leicht möglich. Wenn dem Ausgang des Umsetzers und/oder dem Ausgang Je- des Optokopplers Jeweils ein Entladewiderstand parallelschaltbar ist, ist sichergestellt, dass durch Kondensatoren im Umsetzer oder in den den Optokopplern nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtungen keine Signalverfälschungen bewirkt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild und Figur 2 einen galvanisch trennenden Umsetzer. Die Darstellung gemäss Figur 1 zeigt als Steuerwerk eine Datenverarbeitungsanlage D. Diese gibt huber Leitungen L1, L2 und L3 Daten an die D-Eingänge von drei Speichergliedern S1, S2 und S3 - Jeweils nach Art eines D-Flip Flops - . Die Daten werden dabei Jeweils veranlasst durch eine positive Taktflanke auf einer Leitung L4 in die Speicherglieder S1, S2 bzw. S3 übernommen. Uber eine Leitung L5 kann bei Betriebsbeginn der Datenverarbeitungsanlage D aufgrund eines Signales logisch "O" jedes Speicherglied S1, S2 bzw. S3 in eine Grundstellung gesetzt werden. über eine Leitung L6 wird beim ordnungsgerechten Betrieb der Datenverarbeitungsanlage D ein Kennsignal an einen Umsetzer U geliefert. Der Umsetzer U formt aus diesem Kennaignal eine Gleichspannung. Der Ein- und der Ausgang des Umsetzers U sind dabei galvanisch voneinander getrennt. Der Umsetzer U weist "fail-safe"-Yerhalten auf, d. h. ein Ausfall des Kennsignales führt zu einer Spannungsfreiheit am Ausgang des Umsetzers U. Das positive Potential der Ausgangsspannung vom Umsetzer U gelangt über eine Leitung L7 jeweils an den Kollektor von Fototransistoren der Optokoppler 01, 02 bzw. 03. Die Emitter dieser Fototransistoren führen an erste Pole von Ausgängen A7, A2 bzw. A3, die zu der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Verarbeitungseinrichtungen führen. Der jeweils zweite Pol Jedes dieser Ausgänge A1, A2 bzw. A3 ist durch das negative Potential der Ausgangsspannung des Umsetzers U gegeben. Die Zuführung dieses Potentiales erfolgt über eine Leitung L8. Dem Ausgang des Umsetzers U ist ein Entladewiderstand R4 parallelgeschaltet, dem Ausgang jedes Optokopplers 01, 02 bzw. 03 ist jeweils ein Entladewiderstand R5, R6 bzw. R7 parallelgeschaltet. Bei angenommener positiver Logik wird aufgrund des Vorliegens eines Signales logisch "1 n an ei- nem Eingang E jeweils Uber strombegrenzende Vorwiderstände RI, R2 und R3 ständig eine positive Spannung an die Anode jeweils einer jeweils einem der Optokoppler 01, 02 bzw. 03 zugeordneten Luminizenzdiode zugeleitet. Die Kathoden dieser Luminizenzdioden sind jeweils einem invertierenden Ausgang eines der Speicherglieder S1, S2 bzw. S3 zugeordnet. Damit fliesst jeweils bei gesetztem Spei cherglied S1, S2 bzw. S3 - logischer Zustand no" am je- weiligen invertierenden Ausgang - ein Strom über die je- weilige Luminizenzdiode des Optokopplers 01, 02 bzw. 03. Durch die Bestrahlung werden die zugeordneten Fototransistoren in den Optokopplern 01, 02 bzw. 03 leitend und am zugeordneten Ausgang Al, A2 bzw. A3 liegt bei ordnungsgemässem Betriebszustand der Datenverarbeitungsanlage D ein Ausgangssignal vor. Die Darstellung gemäss Figur 2 zeigt eine spezielle Ausbildung des Umsetzers U. Dieser erhält über die Leitung L6 das Kennsignal, das in einem Schaltverstärker SV verstärkt wird. Die Stromversorgung des Schaltverstärkers SV, die auch die Stromversorgung der Datenverarbeitungsanlage D und der Speicherglieder S1, S2 und S3 übernimmt, sowie den Eingang E mit Spannung versorgt, ist der Uber- sichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das verstärkte Kennsignal, ein Taktsignal, gelangt an eine Primärwick- lung eines Transformators T, dessen Sekundärwicklung galvanisch von der Primärwicklung getrennt ist. Das an der Sekundärwicklung anstehende transformierte Kennsignal wird durch eine Anordnung einer Diode D und eines Kondensators C gleichgerichtet. Die Weiterleitung des Gleichsignales erfolgt über die Leitungen L7 und L8. 2 Figuren 6 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Einrichtung zur potentialgetrennten Signalausgabe mit Hilfe von aus Ein- und Ausgangselementen bestehenden Optokopplern in einem durch eine Stromversorgungseinrichtung gespeisten Steuerwerk, das nur bei ordnungsgerechtem Betrieb ein diesen anzeigendes Kennsignal liefert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Stromversorgung der Ausgangselemente aller Optokoppler (01, 02, 03) ein galvanisch trennender, vom Kennsignal des Steuerwerkes speisbarer Umsetzer (U) vorgesehen ist. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung eines Umsetzers (U) mit n fail-safe"-Verhalten. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die galvanische Trennung im Umsetzer (U) über ein magnetisches Feld erfolgt 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Verstärker s(SV) für das Kennsignal vorgesehen ist. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Ausgang des Umsetzers (U) ein Entladewiderstand (R4) paral lelschaltbar ist. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Ausgang jedes Optokopplers (01, 02, 03) ein Entladewiderstand (R5, R6, R7) parallelschaltbar ist.

Inventors: EUE, WOLFGANG, ING. (GRAD.)
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: G05B9
IPC codes: H04B10, H03K17