WO2015128336A1 - Redundierbare eingangsschaltung, eingangsschaltungseinheit mit mindestens einer eingangsschaltung und verfahren zum betrieb einer solchen eingangsschaltungseinheit - Google Patents

Redundierbare eingangsschaltung, eingangsschaltungseinheit mit mindestens einer eingangsschaltung und verfahren zum betrieb einer solchen eingangsschaltungseinheit Download PDF

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input
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    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/21—Pc I-O input output
    • G05B2219/21123—Impedance matching

Definitions

  • Redundant input circuit input circuit unit with at least one input circuit and method for operating such an input circuit unit
  • the invention relates to a hereinafter referred to as input scarf ⁇ tion circuit for detecting input signals.
  • the input circuit allows a single operation or a redundant operation, ie an operation together with a further input scarf ⁇ tion, and thus a non-redundant or a redundant detection of the respective input signal.
  • the invention further relates to an input circuit unit having at least one such input circuit and to a method for operating such an input circuit unit.
  • Input circuits and redundant input circuits are known per se.
  • An object of the present invention is to provide a further embodiment of an input circuit, specifically a further embodiment of a potentially redundant input circuit, and a further embodiment of an input circuit unit having at least one such input ⁇ circuit.
  • the input circuit has an input for supplying an input signal which is available from a signal generator. nals in the form of a measuring current, an input resistance and a measuring resistor, wherein an electronically controllable switch is connected parallel to the input resistance ⁇ and the measuring current causes a measurable value as a measurable voltage drop across the measuring resistor.
  • the input circuit is operable according to a respective operating mode as a binary input circuit or as a current input circuit and therefore switchable.
  • the switch is provided for switching the input circuit according to the respective mode of operation and is accordingly spre ⁇ accordingly controllable in dependence on the operating mode. When closed, the switch bridges the input resistance.
  • the input circuit thus becomes low-impedance so that analog current measurements (operation as current input circuit) are possible.
  • the switch In the open state, the switch is ineffective.
  • the input resistance remains active together with the measurement resistor a voltage divider and the Potenti al ⁇ a center tap of the voltage divider can be upgraded to Erken ⁇ voltage of a high or low level of the input signal are excluded (operation as Binäreingangsscrien).
  • the input resistance brings about a limitation of the voltage dropping across the measuring resistor voltage (measuring voltage) and an adjustment to the measuring range ratios for operation of the A ⁇ gearshift as an analog voltage input.
  • the advantage of the input circuit according to the invention and an input circuit unit having at least one such input circuit is that a comparatively simple circuit is provided, which can be switched by means of an actuation of the electronically controllable switch between an analog current measurement and an analog or digital voltage measurement.
  • digital or analog input signals supplied with it can be detected and evaluated.
  • the input resistance can be short-circuited.
  • the input of the input circuit is thus a total of low impedance and in this way can be done with the input circuit and an analog current measurement.
  • An input circuit with bridged by means of a switch ⁇ resistors is also known. From the
  • DE 10 2008 043 199 A discloses a circuit of an I / O module for connecting a field device.
  • the I / O module is provided only for analog current measurement and accordingly detects the I / O module supplied by the field device measuring current.
  • the I / O module provides a supply voltage for the field device, which is set in from ⁇ dependence on the respective measuring current.
  • individual resistors provided in a measuring branch of the I / O module can be bridged by means of a switch connected in parallel and thus switched off as it were. In this way, a measuring resistor or a communication resistor "switched off" when no current measurement or no HART communication is provided.
  • WO 2006/127373 A is also provided for supplying a field device with an operating voltage
  • the switchable input circuit and the electronically controllable switch comprised thereof two transistors combined in a Darlington circuit are considered, which cause a sufficient increase in the current amplification factor even with only a small control current, so that even at a low level Control current, which falsifies the measuring current only slightly, a safe electrical bridging of the input ⁇ resistance results.
  • this comprises, following the respective input, a series circuit of the measuring resistor functioning as a voltage divider, with an upstream input resistor, the measuring resistor being connected to ground.
  • the measuring resistor is connected to ground, takes place within the respective input circuit, a derivative of the measuring current, without the need for further action is required.
  • the input circuit can thus be operated as a single-pole input circuit (input circuit with a so-called “single-ended input”), which facilitates the wiring of the respective sensors to the input circuit or a large number of such input circuits, because in each case only one core has to be connected ,
  • the described herein and in the following switchable input ⁇ circuit comes as a Redundant input circuit for operation together with a further (redundant) switchable input circuit into consideration.
  • a combination of two such input circuits is referred to below as an input circuit unit.
  • an input sound processing unit ⁇ a device comprising a receptacle and / or a connection of at least two of such input circuits and allowed to a certain extent acts as a support unit for at least one input circuit.
  • the input circuit unit comprises a first subcircuit in the form of an input circuit as described here and below and that a redundant, second subcircuit in the form of a further such input circuit can be combined with the first subcircuit within the input circuit unit.
  • Each subcircuit / input circuit includes an input for supplying a measuring current available from an external signal generator.
  • the measuring current causes a as a measured value (input signal) from ⁇ evaluable voltage drop across a measuring resistor
  • a parallel circuit of two input circuits causes a breakdown of the measured current to the first and second A ⁇ gears and thus basically distorts the measured value available due to the measurement current.
  • For From ⁇ equal to such a distortion includes at least one input circuit means for compensating for the resulting due to the division of the measuring current reduced voltage drop across the measuring resistor.
  • the advantage of this aspect of the invention is that a relatively simple input circuit unit will be ⁇ in which two input circuits of the type described and summarized below or you can group, but which is also operable with only one input circuit.
  • the two input circuits in particular b two identical or at least functionally equivalent input ⁇ circuits, acting as basically independently operable sub-circuits and evaluate a measuring current, which flows due to a current applied to the input current or a voltage applied to the input potential in the input circuit.
  • a distortion resulting from the redundant operation of two input circuits due to the measuring current flowing into each input circuit is compensated, so that a signal output by the respective input circuit and the input circuit unit represents the actual value of the electrical quantity output by the signal generator and the respective resulting measurement current.
  • a microcontroller As a means of compensating the resulting due to the division of the measured current reduced voltage drop across the measuring resistor acts in a embodiment of the input circuit unit, a microcontroller, wherein by means of the microcontroller, a mathematical correction of the measured ⁇ value, in particular a computational correction in the form of a multiplication of the measured value with a predetermined or predefinable factor, is achievable.
  • a multiplication of a measured value with a factor is a measure which can easily be achieved with a microcontroller.
  • the respective factor quantitatively describes, as a predetermined or specifiable factor, the division of the measuring current between the two input circuits .
  • an activation of the respective means for compensating the reduced voltage drop resulting from the division of the measuring current can be brought about, for example an activation of the multiplication carried out by the microcontroller.
  • the object mentioned at the outset is also achieved with a method for operating an input circuit unit as described here and below.
  • the operating method in the case of a parallel connection of a first and a second input circuit, a division of the measuring current onto the first and the second input circuit is compensated.
  • a first and a second input circuit is automatically detected and as a result of such an automatic recognition rule ⁇ a mathematical correction is made to compensate for the division of the measurement current due to a
  • the circuit unit accordingly acts as an input circuit unit 10.
  • the input ⁇ circuit unit 10 includes a first sub-circuit 12, which is used for redundant signal detection together with an identical or at least functionally equivalent, complementary second sub-circuit 14.
  • the or each subcircuit 12, 14 of the input circuit unit 10 functions within the input circuit unit 10 as an input circuit 12, 14, so that the designations input circuit 12, 14 and subcircuit 12, 14 are synonymous.
  • a first subcircuit / input circuit 12 as master circuit 12 or briefly as master 12 and a second, complementary subcircuit / input circuit 14 are used as a distinction hereinafter
  • Slavescrien 14 or briefly referred to as slave 14.
  • the input circuit unit 10 comprising a subcircuit 12, 14 or both subcircuits 12, 14 is sometimes also referred to below as the overall circuit 10 in order to distinguish it from the subcircuit / input circuit 12, 14 that is included in each case.
  • the slave circuit 14 is optional within the overall circuit 10 and both the first subcircuit 12 and the second subcircuit 14 can take over the functionality of the master circuit 12.
  • 14 In modular, pluggable or otherwise suitable manner detachably connected to the overall circuit 10 subcircuits 12, 14 usually results in the functionality of one of the two sub-circuits 12, 14 as a master 12 or slave 14 from the circumstance, which of the two sub-circuits 12, 14 has become active in the overall circuit 10 first.
  • To the input circuit unit 10 and thus to the at least one of them comprised ⁇ source circuit 12, 14 is connected in a known way a designated hereinafter as the signal generator 16 the signal source.
  • a signal generator 16 or other transmitter is usually a in a controlled and or to be monitored technical process, such as a power plant (not shown), located signal source, ie a basically known per se digital or analog sensor.
  • a power plant not shown
  • located signal source ie a basically known per se digital or analog sensor.
  • the signal transmitter 16 is connected to an input 18 of the first subcircuit 12 and to an input 20 of the second subcircuit 14. This can be done by appropriate application of the or each of the signal generator 16 coming signal line 22 or by means of a bridge 24 within the overall circuit 10.
  • a switch S i designated switching element is adjustable, if the respective input 18, 20 as a binary or analog voltage input or acts as an analog input for current signals.
  • the switch S i is by means of a part covered by the scarf ⁇ tung 12, 14 control device, for example a microcontroller 26, and an output therefrom control current controllable.
  • the subcircuit 12, 14 comprises a voltage divider with an input resistance R E and a connected to ground and thus also acting as a pull-down resistor measuring resistor R M.
  • the desk S i is maral ⁇ tet parallel to the input resistance R E.
  • a measuring current I M in the usual value ranges such as
  • the voltage drop across the measuring resistor R M is detected by a measuring system 28 comprising, for example, a multiplexer, a measuring amplifier and an analog-to-digital converter (ADC) and read by the microcontroller 26 and evaluated as the respective input signal ,
  • a measuring system 28 comprising, for example, a multiplexer, a measuring amplifier and an analog-to-digital converter (ADC) and read by the microcontroller 26 and evaluated as the respective input signal .
  • ADC analog-to-digital converter
  • Microcontroller 26 evaluated by the measuring system 28 digi ⁇ talized signal with respect to a predetermined or predeterminable upper and / or lower threshold and generated when exceeding or falling below the threshold value, a logical high or logic low signal.
  • cross-coupling 30 By way of a cross-coupling 30 to the respective redundancy partner, that is to say from the first subcircuit 12 to the second subcircuit 14 and vice versa, the master property is allocated.
  • cross-coupling 30 is also seen for a part scarf ⁇ tung 12, 14, whether another partial circuit is provided as a redundant partner 12, 14th If a redundancy partner is present, the measuring current I M splits and flows to a small extent via the input 20 of the slave circuit 14. On the part of the master circuit 12 this can be corrected mathematically and in the embodiment described here is a correction in the form of a multiplication with a fixed factor provided.
  • the microcontroller 26 is considered and for the Kor- rection causes the microcontroller 26 in accordance with a Mul ⁇ ti bearing of the read input signal with the jeweili ⁇ gene correction factor. If no redundancy partner is plugged in, the measuring current I M flows completely in the master 12 and accordingly no correction is required.
  • the diagram in FIG 2 shows a particular embodiment as an implementation of one of the sub-circuits 12, 14 or two redundant sub-circuits 12, 14.
  • the switch Si (FIG 1) is in the form of at least one electronic sound Tele ⁇ ments, here in the form of two transistors ⁇ , T 2 in a Darlington circuit, realized.
  • the activation of the switch Si or the activation of the or each switching element / transistor fun, T 2 functioning as a switch Si takes place by means of a control signal (U st ) which can be output by the microcontroller 26.
  • the switch Si in the form of two in a Darlington -Circuit combined transistors Ti, T 2 or a Darlington transistor results in only a negligible falsification of the measuring current I M by the electronic control of the switch Si.
  • the control signal U st generated by the microcontroller 26 is applied to a pre-switching transistor T 3 acting as an inversion stage. This is connected between ground and - via a pull-up resistor (R P ) - an operating voltage potential. The Dar ⁇ lington circuit is thus energized from the operating voltage potential. For a control signal U st from the microcontroller 26 with a HIGH level, the Vorschalttransistor T 3 is turned on and the switch S i open.
  • Some advantages of the switchable input circuit unit 10 described herein are that sufficient a single terminal as an input 18, 20, because at ei ⁇ ner Redundtechnik the measuring current can be passed I M by means of a of circuitry internal bridge 24 to the slave circuit fourteenth
  • the measuring current I M is derived in the redundant operation, but just as in the individual operation, in-circuit to ground and thus requires within the input scarf ⁇ processing unit 10 or the respective sub-circuit 12, 14 no further measures.
  • the respective input type, ie "Bi ⁇ nary", "current analog” or “voltage analog”, via software predetermined or before ⁇ can be predetermined parameters, or is selectable by means of the microcontroller 26th Switching is done electronically by means of the microcontroller 26.
  • a subcircuit 12, 14 of the type described here is also self-sufficient as an input circuit 12, 14, namely as an input switchable by means of a corresponding control of the electronically controllable switch S i included therein. tion 12, 14, operable. Depending on the switching position of the switch S i is an analog current measurement or an analog or digitallysmes ⁇ solution by means of the input circuit 12, the fourteenth

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Abstract

Redundierbare Eingangsschaltung, Eingangsschaltungseinheit mit mindestens einer Eingangsschaltung und Verfahren zum Betrieb einer solchen Eingangsschaltungseinheit Angegeben werden eine Eingangsschaltungseinheit (10) mit einer ersten Eingangsschaltung (12) und einer redundanten zweiten Eingangsschaltung (14), wobei jede Eingangsschaltung (12, 14) einen Eingang (18, 20) zur Zuführung eines von einem Signalgeber (16) erhältlichen Messstroms (IM) umfasst, wobei der Messstrom (IM) einen als Messwert auswertbaren Spannungsabfall (UM) über einem Messwiderstand (RM) hervorruft, wobei eine Parallelschaltung der ersten und der zweiten Eingangsschaltung (12, 14) eine Aufteilung des Messstroms (IM) auf die erste und die zweite Eingangsschaltung (12, 14) bewirkt und wobei zumindest eine Eingangsschaltung (12, 14) Mittel (26) zur Kompensation des aufgrund der Aufteilung des Messstroms (IM) resultierenden verringerten Spannungsabfalls (UM) über dem Messwiderstand (RM) aufweist, eine in einer solchen Eingangsschaltungseinheit (10) betreibbare, umschaltbare Eingangsschaltung (12, 14) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Eingangsschaltungseinheit (10).

Description

Beschreibung
Redundierbare Eingangsschaltung, Eingangsschaltungseinheit mit mindestens einer Eingangsschaltung und Verfahren zum Be- trieb einer solchen Eingangsschaltungseinheit
Die Erfindung betrifft eine im Folgenden als Eingangsschal¬ tung bezeichnete Schaltung zum Erfassen von Eingangssignalen. Als redundierbare Eingangsschaltung ermöglicht die Eingangs- Schaltung einen Einzelbetrieb oder einen redundanten Betrieb, also einen Betrieb zusammen mit einer weiteren Eingangsschal¬ tung, und mithin eine nicht-redundante bzw. eine redundante Erfassung des jeweiligen Eingangssignals. Die Erfindung betrifft im Weiteren auch eine Eingangsschaltungseinheit mit mindestens einer solchen Eingangsschaltung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Eingangsschaltungseinheit.
Eingangsschaltungen und redundante Eingangsschaltungen sind an sich bekannt.
Bei bekannten Eingangsschaltungen erfolgt die Erfassung des jeweiligen Eingangssignals über fest für einen jeweiligen Messbereich ausgelegte Eingänge, an denen jeweils nur digita¬ le oder nur analoge Eingangssignale zuführbar sind. Für eine Redundierung von Analogeingängen zur Strommessung, zum Beispiel 4 bis 20mA, wird eine zweipolige Eingangsschaltung verwendet .
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine weitere Ausführungsform einer Eingangsschaltung, speziell eine weitere Ausführungsform einer redundierbaren Eingangsschaltung, sowie eine weitere Ausführungsform einer Eingangsschaltungseinheit mit zumindest einer derartigen Eingangs¬ schaltung anzugeben.
Hinsichtlich der Eingangsschaltung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist vorgesehen, dass die Eingangsschaltung einen Eingang zur Zuführung eines von einem Signalgeber erhältlichen Eingangssig- nals in Form eines Messstroms, einen Eingangswiderstand sowie einen Messwiderstand aufweist, wobei parallel zu dem Ein¬ gangswiderstand ein elektronisch ansteuerbarer Schalter angeschlossen ist und wobei der Messstrom einen als Messwert aus- wertbaren Spannungsabfall über dem Messwiderstand hervorruft. Die Eingangsschaltung ist entsprechend einem jeweiligen Betriebsmodus als Binäreingangsschaltung oder als Stromeingangsschaltung betreibbar und demnach umschaltbar. Der Schalter ist zur Umschaltung der Eingangsschaltung entsprechend dem jeweiligen Betriebsmodus vorgesehen und ist dementspre¬ chend in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus ansteuerbar. Im geschlossenen Zustand überbrückt der Schalter den Eingangswiderstand. Die Eingangsschaltung wird damit niederohmig, so dass analoge Strommessungen (Betrieb als Stromeingangsschal- tung) möglich sind. Im offenen Zustand ist der Schalter unwirksam. Der Eingangswiderstand bleibt aktiv, bildet zusammen mit dem Messwiderstand einen Spannungsteiler und das Potenti¬ al eines Mittelabgriffs des Spannungsteilers kann zur Erken¬ nung eines High- oder Low-Pegels des Eingangssignals ausge- wertet werden (Betrieb als Binäreingangsschaltung) . Ebenso bewirkt der Eingangswiderstand für einen Betrieb der Ein¬ gangsschaltung als analoger Spannungseingang eine Begrenzung der über dem Messwiderstand abfallenden Spannung (Messspannung) und eine Anpassung an die Messbereichsverhältnisse .
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung sowie einer Eingangsschaltungseinheit mit zumindest einer derartigen Eingangsschaltung besteht darin, dass eine vergleichsweise einfache Schaltung angegeben wird, die mittels einer Betäti- gung des elektronisch ansteuerbaren Schalters zwischen einer analogen Strommessung und einer analogen oder digitalen Spannungsmessung umgeschaltet werden kann. Mittels ein und derselben Eingangsschaltung können damit zugeführte digitale oder analoge Eingangssignale erfasst und ausgewertet werden. Durch Ansteuerung des Schalters kann der Eingangswiderstand kurzgeschlossen werden. Der Eingang der Eingangsschaltung wird damit insgesamt niederohmig und auf diese Weise kann mit der Eingangsschaltung auch eine analoge Strommessung erfolgen . Eine Eingangsschaltung mit mittels eines Schalters überbrück¬ baren Widerständen ist ebenfalls bekannt. Aus der
DE 10 2008 043 199 A ist eine Schaltung eines I/O-Moduls zum Anschluss eines Feldgeräts bekannt.
Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen umschaltbaren Eingangsschaltung ist das I/O-Modul nur zur analogen Strommessung vorgesehen und entsprechend erfasst das I/O-Modul einen vom Feldgerät gelieferten Messstrom. Daneben stellt das I/O-Modul eine Versorgungsspannung für das Feldgerät bereit, die in Ab¬ hängigkeit vom jeweiligen Messstrom eingestellt wird. Um die Belastung einer zur Versorgung des Feldgeräts bestimmten Batterie des I/O-Moduls zu minimieren, lassen sich einzelne in einem Messzweig des I/O-Moduls vorgesehene Widerstände mit- tels eines parallelgeschalteten Schalters überbrücken und damit gleichsam abschalten. Auf diese Weise werden ein Messwiderstand oder ein Kommunikationswiderstand „abgeschaltet", wenn keine Strommessung bzw. keine HART-Kommunikation vorgesehen ist.
Aus der WO 2006/127373 A ist ebenfalls eine zur Versorgung eines Feldgeräts mit einer Betriebsspannung vorgesehene
Schaltung bekannt. Diese umfasst einen Messwiderstand und einen dazu in Reihe geschalteten einstellbaren Spannungsregler und dieser wiederum einen Verstärker, eine Zenerdiode und zwei zu einer Darlington-Schaltung zusammengefasste Transistoren. Mittels des Verstärkers erfolgt eine Verstärkung einer aufgrund eines je- weiligen Messstroms jeweils resultierenden Spannung.
Diese wird zur Ansteuerung einer Zenerdiode und letztere zur Ansteuerung der Darlington-Schaltung verwendet. Die Darlington-Schaltung fungiert als Stellglied in dem Spannungsregler, bewirkt aber, anders als dies bei der erfindungsgemäßen umschaltbaren Eingangsschaltung der Fall ist, keine Umschaltung aufgrund verschiedener Betriebsmodi. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspru¬ ches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selb¬ ständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachge- ordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.
Als besondere Ausführungsform der umschaltbaren Eingangsschaltung und des davon umfassten elektronisch ansteuerbaren Schalters kommen zwei in einer Darlington-Schaltung zusammen- gefasste Transistoren in Betracht, die auch bei einem nur ge- ringen Steuerstrom eine ausreichende Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors bewirken, so dass auch bei einem nur geringen Steuerstrom, der den Messstrom nur unwesentlich verfälscht, eine sichere elektrische Überbrückung des Eingangs¬ widerstands resultiert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der umschaltbaren Eingangsschaltung umfasst diese im Anschluss an den jeweiligen Eingang eine als Spannungsteiler fungierende Reihenschaltung des Messwiderstands mit einem vorgeschalteten Eingangswider- stand, wobei der Messwiderstand gegen Masse geschaltet ist. Indem der Messwiderstand gegen Masse geschaltet ist, erfolgt innerhalb der jeweiligen Eingangsschaltung eine Ableitung des Messstroms, ohne dass dafür weitere Maßnahmen erforderlich sind. Die Eingangsschaltung kann damit als einpolige Ein- gangsschaltung (Eingangsschaltung mit einem sogenannten „sin- gle-ended Eingang") betrieben werden. Dies erleichtert die Verdrahtung der jeweiligen Sensorik auf die Eingangsschaltung oder eine Vielzahl solcher Eingangsschaltungen, weil jeweils nur eine Ader aufgelegt werden muss. Die hier und im Folgenden beschriebene umschaltbare Eingangs¬ schaltung kommt als redundierbare Eingangsschaltung zum Betrieb zusammen mit einer weiteren (redundanten) umschaltbaren Eingangsschaltung in Betracht. Eine Kombination zweier solcher Eingangsschaltungen wird im Folgenden als Eingangsschaltungseinheit bezeichnet. Gleichfalls wird als Eingangsschal¬ tungseinheit eine Vorrichtung bezeichnet, die eine Aufnahme und/oder einen Anschluss zumindest zweier solcher Eingangs- Schaltungen erlaubt und damit gewissermaßen als Trägereinheit für zumindest eine Eingangsschaltung fungiert.
Die oben genannte Aufgabe wird damit auch mit einer Eingangs¬ schaltungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Dazu ist vorgesehen, dass die Eingangsschaltungseinheit eine erste Teilschaltung in Form einer Eingangsschaltung wie hier und im Folgenden beschrieben umfasst und dass mit der ersten Teilschaltung innerhalb der Eingangsschaltungseinheit eine redundante, zweite Teilschaltung in Form einer weiteren derartigen Eingangsschaltung kombinierbar ist. Jede Teilschaltung/Eingangsschaltung umfasst einen Eingang zur Zuführung eines von einem externen Signalgeber erhältlichen Messstroms. Der Messstrom ruft einen als Messwert (Eingangssignal) aus¬ wertbaren Spannungsabfall über einem Messwiderstand hervor, wobei eine Parallelschaltung zweier Eingangsschaltungen eine Aufteilung des Messstroms auf die erste und die zweite Ein¬ gangsschaltung bewirkt und damit grundsätzlich den aufgrund des Messstroms erhältlichen Messwert verfälscht. Zum Aus¬ gleich einer solchen Verfälschung weist zumindest eine Eingangsschaltung Mittel zur Kompensation des aufgrund der Aufteilung des Messstroms resultierenden verringerten Spannungsabfalls über dem Messwiderstand auf.
Der Vorteil dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, dass eine vergleichsweise einfache Eingangsschaltungseinheit ange¬ geben wird, in welcher zwei Eingangsschaltungen der hier und im Folgenden beschriebenen Art zusammengefasst oder zusammenfassbar sind, die aber auch mit nur einer Eingangsschaltung betreibbar ist. Die beiden Eingangsschaltungen, insbesondere b zwei identische oder zumindest funktionsäquivalente Eingangs¬ schaltungen, fungieren als grundsätzlich unabhängig voneinander betreibbare Teilschaltungen und werten einen Messstrom aus, der aufgrund eines an deren Eingang angelegten Stroms oder eines an den Eingang angelegten Potentials in die Eingangsschaltung fließt.
Eine beim redundanten Betrieb zweier Eingangsschaltungen resultierende Verfälschung aufgrund des in jede Eingangsschal- tung fließenden Messstroms wird kompensiert, so dass ein von der jeweiligen Eingangsschaltung und der Eingangsschaltungseinheit insgesamt ausgegebenes Signal den tatsächlichen Wert der von dem Signalgeber ausgegebenen elektrischen Größe und des jeweils resultierenden Messstroms repräsentiert.
Als Mittel zur Kompensation des aufgrund der Aufteilung des Messstroms resultierenden verringerten Spannungsabfalls über dem Messwiderstand fungiert bei einer Ausführungsform der Eingangsschaltungseinheit ein MikroController, wobei mittels des MikroControllers eine rechnerische Korrektur des Mess¬ werts, insbesondere eine rechnerische Korrektur in Form einer Multiplikation des Messwerts mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor, bewirkbar ist. Eine Multiplikation eines Messwerts mit einem Faktor ist eine mit einem MikroController leicht zu bewerkstelligende Maßnahme. Der jeweilige Faktor beschreibt als vorgegebener oder vorgebbarer Faktor quantitativ die Aufteilung des Messstroms auf die beiden Eingangs¬ schaltungen. Bei einer Aufteilung des Messstroms, bei der zum Beispiel 97% des Messstroms in die erste Eingangsschaltung 12 fließen und die restlichen 3% in die zweite Eingangsschaltung 14 fließen, kann die Kompensation der damit einhergehenden Verfälschung des Messwerts leicht dadurch erreicht werden, dass auf Seiten der ersten Eingangsschaltung 12 der Messwert zum Beispiel mit einem Faktor 1,03 (= 1 + 3 %) multipliziert wird. Die rechnerische Kompensation auf Seiten der zweiten
Eingangsschaltung 14 kann bei der angenommenen Aufteilung des Messstroms zum Beispiel mit einem Faktor 32,33 (= 97% / 3%) erfolgen. Für andere Aufteilungen des Messstroms ergeben sich nach dem oben veranschaulichten Schema andere Faktoren. Bei einer weiteren Ausführungsform der Eingangsschaltungseinheit weist jede Eingangsschaltung im Folgenden als Querkopplung bezeichnete Mittel zur automatischen Detektion einer von der Eingangsschaltungseinheit umfassten, redundanten Ein- gangsschaltung auf. Aufgrund einer mittels der Querkopplung erkannten redundanten Eingangsschaltung ist eine Aktivierung des jeweiligen Mittels zur Kompensation des aufgrund der Aufteilung des Messstroms resultierenden verringerten Spannungsabfalls bewirkbar, also zum Beispiel eine Aktivierung der durch den MikroController ausgeführten Multiplikation. Auf diese Weise erfolgt eine automatische Erkennung einer von der Eingangsschaltungseinheit umfassten redundanten Eingangs¬ schaltung und eine ebenso automatische Kompensation einer mit der Aufteilung des Messstroms auf die dann zwei Eingangs- Schaltungen einhergehenden Verfälschung eines nur aufgrund des Spannungsabfalls in der jeweiligen Eingangsschaltung ermittelten Messwerts.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einem Verfahren zum Betrieb einer Eingangsschaltungseinheit wie hier und im Folgenden beschrieben gelöst. Bei dem Betriebsverfahren wird im Falle einer Parallelschaltung einer ersten und einer zweiten Eingangsschaltung eine Aufteilung des Messstroms auf die erste und die zweite Eingangsschaltung kompensiert.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Parallel¬ schaltung einer ersten und einer zweiten Eingangsschaltung automatisch erkannt und als Ergebnis einer solchen automati¬ schen Erkennung erfolgt zur Kompensation der Aufteilung des Messstroms eine rechnerische Korrektur eines aufgrund des
Spannungsabfalls über dem Messwiderstand erhältlichen Mess¬ werts, insbesondere eine rechnerische Korrektur in Form einer Multiplikation des Messwerts mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den glei¬ chen Bezugszeichen versehen. Es zeigen eine Schaltungseinheit zur Verarbeitung von Eingangs¬ signalen mit zwei redundanten Teilschaltungen und eine spezielle Ausführungsform einer Teilschaltung.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungs¬ einheit zur redundanten Signalerfassung, nämlich zur Erfas- sung von Eingangssignalen. Die Schaltungseinheit fungiert entsprechend als Eingangsschaltungseinheit 10. Die Eingangs¬ schaltungseinheit 10 umfasst eine erste Teilschaltung 12, die zur redundanten Signalerfassung zusammen mit einer identischen oder zumindest funktionsäquivalenten, komplementären zweiten Teilschaltung 14 verwendbar ist. Die oder jede Teilschaltung 12, 14 der Eingangsschaltungseinheit 10 fungiert innerhalb der Eingangsschaltungseinheit 10 als Eingangsschal¬ tung 12, 14, so dass die Bezeichnungen Eingangsschaltung 12, 14 und Teilschaltung 12, 14 gleichbedeutend sind.
In einer Eingangsschaltungseinheit 10 mit zwei derartigen Teilschaltungen 12, 14 wird zur Unterscheidung im Folgenden eine erste Teilschaltung/Eingangsschaltung 12 als Masterschaltung 12 oder kurz als Master 12 und eine zweite, komple- mentäre Teilschaltung/Eingangsschaltung 14 entsprechend als
Slaveschaltung 14 oder kurz als Slave 14 bezeichnet. Die eine Teilschaltung 12, 14 oder beide Teilschaltungen 12, 14 umfassende Eingangsschaltungseinheit 10 wird zur Unterscheidung von der oder jeder jeweils umfassten Teilschaltung/Eingangs- Schaltung 12, 14 im Folgenden mitunter auch als Gesamtschaltung 10 bezeichnet.
Die Slaveschaltung 14 ist innerhalb der Gesamtschaltung 10 optional und sowohl die erste Teilschaltung 12 wie auch die zweite Teilschaltung 14 kann die Funktionalität der Masterschaltung 12 übernehmen. Bei modularen, steckbar oder in sonst geeigneter Art und Weise lösbar mit der Gesamtschaltung 10 verbindbaren Teilschaltungen 12, 14 ergibt sich üblicherweise die Funktionalität einer der beiden Teilschaltungen 12, 14 als Master 12 oder Slave 14 aus dem Umstand, welche der beiden Teilschaltungen 12, 14 in der Gesamtschaltung 10 zuerst aktiv geworden ist. An die Eingangsschaltungseinheit 10 und damit an die zumin¬ dest eine davon umfasste Teilschaltung 12, 14 ist in an sich bekannter Art und Weise eine im Folgenden als Signalgeber 16 bezeichnete Signalquelle angeschlossen. Bei einem solchen Signalgeber 16 oder einem sonstigen Messumformer handelt es sich üblicherweise um eine in einem zu steuernden und oder zu überwachenden technischen Prozess, zum Beispiel einem Kraftwerk (nicht gezeigt) , befindliche Signalquelle, also einen grundsätzlich an sich bekannten digitalen oder analogen Sensor. Mittels eines derartigen Signalgebers 16 (und in der Praxis mit einer Vielzahl solcher Signalgeber 16) wird der Zustand des jeweiligen technischen Prozesses in an sich bekannter Art und Weise erfasst.
Bei der Darstellung in FIG 1 ist erkennbar, dass der Signal- geber 16 an einen Eingang 18 der ersten Teilschaltung 12 und an einen Eingang 20 der zweiten Teilschaltung 14 angeschlossen ist. Dies kann durch entsprechendes Auflegen der oder jeder vom Signalgeber 16 kommenden Signalleitung 22 oder mittels einer Brücke 24 innerhalb der Gesamtschaltung 10 erfol- gen.
Bei einem Signal vom Signalgeber 16 fließt ein Messstrom IM in die jeweilige Teilschaltung 12, 14. Mittels eines von der Teilschaltung 12, 14 umfassten und im Folgenden kurz als Schalter S i bezeichneten Schaltelements ist einstellbar, ob der jeweilige Eingang 18, 20 als Binäreingang bzw. analoger Spannungseingang oder als Analogeingang für Stromsignale fungiert. Der Schalter S i ist mittels einer von der Teilschal¬ tung 12, 14 umfassten Steuerungseinrichtung, zum Beispiel ei- nem MikroController 26, und einem davon ausgegebenen Steuerstrom ansteuerbar. Für die Messung umfasst die Teilschaltung 12, 14 einen Spannungsteiler mit einem Eingangswiderstand RE und einem gegen Masse geschalteten und damit auch als Pull- Down-Widerstand fungierenden Messwiderstand RM. Der Schalter S i ist dabei parallel zu dem Eingangswiderstand RE geschal¬ tet .
Für den Betrieb als Stromeingang ist der Schalter S i ge- schlössen. Dies führt dazu, dass der Eingang 18, 20 der Teil¬ schaltung 12, 14 niederohmig ist. Bei einem Betrieb der Teilschaltung 12, 14 als Stromeingang wird zum Beispiel ein Messstrom IM in üblichen Wertebereichen wie zum Beispiel
0 bis 20mA oder 4 bis 20mA erfasst. In den anderen Fällen, wenn also die Teilschaltung 12, 14 als Binäreingang oder als analoger Spannungseingang fungiert, ist der Schalter S i offen .
Der im Folgenden als Messwert UM bezeichnete Spannungsabfall über dem Messwiderstand RM wird über ein zum Beispiel einen Multiplexer, einen Messverstärker und einen Analog-Digital- Konverter (ADC) umfassendes Messsystem 28 erfasst und durch den MikroController 26 eingelesen und als das jeweilige Eingangssignal ausgewertet. Wenn die Teilschaltung 12, 14 als Binäreingang betrieben wird, wird zum Beispiel mittels des
MikroControllers 26 ein vom Messsystem 28 ausgegebenes digi¬ talisiertes Signal in Bezug auf einen vorgegebenen oder vorgebbaren oberen und/oder unteren Schwellwert ausgewertet und bei Über- oder Unterschreitung des Schwellwerts ein logi- sches High- oder logisches Low-Signal erzeugt.
Über eine Querkopplung 30 zum jeweiligen Redundanzpartner, also von der ersten Teilschaltung 12 zur zweiten Teilschaltung 14 und umgekehrt, erfolgt die Zuteilung der Mastereigen- schaff. Mittels der Querkopplung 30 ist für eine Teilschal¬ tung 12, 14 auch erkennbar, ob eine weitere Teilschaltung 12, 14 als Redundanzpartner vorhanden ist. Ist ein Redundanzpartner vorhanden, teilt sich der Messstrom IM auf und fließt zu einem kleinen Anteil über den Eingang 20 der Slaveschaltung 14. Auf Seiten der Masterschaltung 12 ist dies rechnerisch korrigierbar und bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist eine Korrektur in Form einer Multiplikation mit einem festen Faktor vorgesehen. Als Mittel für eine derartige Korrektur kommt der MikroController 26 in Betracht und zur Kor- rektur bewirkt der Mikrocontroller 26 entsprechend eine Mul¬ tiplikation des eingelesenen Eingangssignals mit dem jeweili¬ gen Korrekturfaktor. Ist kein Redundanzpartner gesteckt, fließt der Messstrom IM vollständig im Master 12 und entspre- chend ist keine Korrektur erforderlich.
Bei einer Redundierung von als Stromeingang fungierenden Eingängen 18, 20 wird nur der Schalter Si der als Master 12 fungierenden Teilschaltung 12 geschlossen. Der Messstrom IM fließt hierbei zum wesentlichen Anteil über den Messwiderstand RM der Masterschaltung 12 und erzeugt den Spannungsab¬ fall UM. Bei einer Redundierung von als Binäreingang (Spannungseingang) fungierenden Eingängen 18, 20 sind beide Schalter Si, also der Schalter Sl der als Master 12 fungierenden Teilschaltung 12, und der Schalter Sl der als Slave 14 fungierenden Teilschaltung 14, offen.
Die Darstellung in FIG 2 zeigt eine besondere Ausführungsform als Realisierung einer der Teilschaltungen 12, 14 oder zweier redundanter Teilschaltungen 12, 14. Der Schalter Si (FIG 1) ist dabei in Form zumindest eines elektronischen Schaltele¬ ments, hier in Form zweier Transistoren ΤΊ, T2 in einer Darlington-Schaltung, realisiert. Die Ansteuerung des Schalters Si oder die Ansteuerung des oder jedes als Schalter Si fun- gierenden Schaltelements/Transistors ΤΊ, T2 erfolgt mittels eines vom Mikrocontroller 26 ausgebbaren Steuersignals (Ust) · Speziell bei einer Realisierung des Schalters Si in Form zweier in einer Darlington-Schaltung zusammengefasster Transistoren Ti, T2 oder einem Darlington-Transistor ergibt sich nur eine vernachlässigbar geringe Verfälschung des Messstroms IM durch die elektronische Ansteuerung des Schalters Si.
Bei der in FIG 2 gezeigten Ausführungsform wird das vom Mikrocontroller 26 generierte Steuersignal Ust auf einen als In- vertierungsstufe fungierenden Vorschalttransistor T3 gegeben. Dieser ist zwischen Masse und - über einen Pull-Up-Widerstand (RP) - ein Betriebsspannungspotential geschaltet. Die Dar¬ lington-Schaltung wird damit aus dem Betriebsspannungspotential bestromt. Bei einem Steuersignal Ust vom Mikrocontroller 26 mit einem HIGH-Pegel ist der Vorschalttransistor T3 durchgeschaltet und der Schalter S i offen. Bei einem Steuersignal Ust vom MikroController 26 mit einem LOW-Pegel ist der Vor¬ schalttransistor T3 offen und die Darlington-Schaltung mit dem Betriebsspannungspotential verbunden, so dass der Schal¬ ter S i schließt und der Eingangswiderstand RE kurzgeschlossen ist. Der Vorwiderstand Rv ist hochohmig, so dass nur ein ge¬ ringer Steuerstrom fließt, der den Messstrom IM nur unwesentlich erhöht.
Einzelne Vorteile der hier beschriebenen umschaltbaren Eingangsschaltungseinheit 10 bestehen darin, dass als Eingang 18, 20 eine einzelne Anschlussklemme ausreicht, denn bei ei¬ ner Redundierung kann der Messstrom IM mittels einer schal- tungsinternen Brücke 24 zur Slaveschaltung 14 geleitet werden. Der Messstrom IM wird beim redundanten Betrieb, aber genauso auch beim Einzelbetrieb, schaltungsintern gegen Masse abgeleitet und erfordert damit innerhalb der Eingangsschal¬ tungseinheit 10 oder der jeweiligen Teilschaltung 12, 14 kei- ne weiteren Maßnahmen. Der jeweilige Eingangstyp, also „Bi¬ när", „Strom analog" oder „Spannung analog", ist mittels des MikroControllers 26 über Software oder vorgegebene oder vor¬ gebbare Parameter wählbar. Die Umschaltung erfolgt elektronisch mittels des MikroControllers 26. Auch beim Eingangstyp „Strom analog" ist eine Redundierung durch direktes Parallel¬ schalten zweier Teilschaltung 12, 14 möglich. Es sind keine externen Zusatzmaßnahmen, wie zum Beispiel Brückeneinstellungen innerhalb der Eingangsschaltungseinheit 10, notwendig. Binärwerte können auch als analoge Spannung gemessen werden. Die Zustandsbestimmung erfolgt mittels einer vorgegebenen oder vorgebbaren Vergleichsschwelle. Eine Überlastfestigkeit der Eingangsschaltungseinheit 10 lässt sich durch ein getak- tetes Öffnen und Schließen des Schalters S i der oder jeder Teilschaltung 12, 14 erreichen.
Eine Teilschaltung 12, 14 der hier beschriebenen Art ist auch autark als Eingangsschaltung 12, 14, nämlich als mittels einer entsprechenden Ansteuerung des davon umfassten elektronisch ansteuerbaren Schalter S i umschaltbare Eingangsschal- tung 12, 14, betreibbar. Je nach Schaltstellung des Schalter S i erfolgt mittels der Eingangsschaltung 12, 14 eine analoge Strommessung oder eine analoge oder digitale Spannungsmes¬ sung .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
10 Eingangsschaltungseinheit / Gesamtschaltung
12 (erste) Teilschaltung / (erste) Eingangsschaltung / Masterschaltung / Master
14 (zweite) Teilschaltung / (zweite) Eingangsschaltung / Slaveschaltung / Slave
16 Signalgeber
18 Eingang
20 Eingang
22 Signalleitung
24 Brücke
26 MikroController
28 Messsystem
30 Querkopplung
Si Schalter
RE Eingangswiderstand
RM Messwiderstand
IM Messstrom
UM Messwert / Spannungsabfall über dem Messwiderstand
USt Steuersignal
Ti Transistor
T2 Transistor
T3 Vorschalttransistor
RP Pull-Up-Widerstand
Rv Vorwiderstand

Claims

Patentansprüche
1. Umschaltbare Eingangsschaltung (12, 14) mit einen Eingang (18, 20) zur Zuführung eines von einem Signalgeber (16) er- hältlichen Messstroms (I M)/ einem Eingangswiderstand (RE) so¬ wie einem Messwiderstand (RM) ,
wobei die Eingangsschaltung (12, 14) entsprechend einem jeweiligen Betriebsmodus als Binäreingangsschaltung oder als Stromeingangsschaltung betreibbar ist,
wobei parallel zu dem Eingangswiderstand (RE) ein in Ab¬ hängigkeit vom Betriebsmodus der Eingangsschaltung (12, 14) elektronisch ansteuerbarer Schalter (Si) angeschlossen ist, wobei der ansteuerbare Schalter (Si) im geschlossenen Zu¬ stand den Eingangswiderstand (RE) überbrückt und
wobei der Messstrom ( I M ) einen als Messwert auswertbaren
Spannungsabfall (UM) über dem Messwiderstand (RM) hervorruft.
2. Umschaltbare Eingangsschaltung (12, 14) nach Anspruch 1, wobei der elektronisch ansteuerbare Schalter (Si) in Form zweier in einer Darlington-Schaltung zusammengefasster Transistoren (Ti, T2) realisiert ist.
3. Umschaltbare Eingangsschaltung (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einer Reihenschaltung des Eingangswi- derstands (RE) und des Messwiderstands (RM) , wobei der Mess¬ widerstand (RM) gegen Masse geschaltet ist.
4. Eingangsschaltungseinheit (10) mit einer Teilschaltung in Form einer ersten umschaltbaren Eingangsschaltung (12) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche sowie einer damit kombi¬ nierbaren, redundanten Teilschaltung in Form einer weiteren, zweiten umschaltbaren Eingangsschaltung (14) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei eine Parallelschaltung der ersten und der zweiten Eingangsschaltung (12, 14) eine Aufteilung des Messstroms
( I M ) auf die erste und die zweite Eingangsschaltung (12, 14) bewirkt und
wobei zumindest eine Eingangsschaltung (12, 14) Mittel (26) zur Kompensation des aufgrund der Aufteilung des Mess- Stroms (IM) resultierenden verringerten Spannungsabfalls (UM) über dem Messwiderstand (RM) aufweist.
5. Eingangsschaltungseinheit (10) nach Anspruch 4,
wobei als Mittel (26) zur Kompensation des aufgrund der
Aufteilung des Messstroms (IM) resultierenden verringerten Spannungsabfalls (UM) über dem Messwiderstand (RM) ein Mikro- controller (26) fungiert und
wobei mittels des MikroControllers (26) eine Multiplikati- on des Messwerts mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor bewirkbar ist.
6. Eingangsschaltungseinheit (10) nach Anspruch 4 oder 5,
wobei jede Eingangsschaltung (12, 14) Mittel (30) zur De- tektion einer von der Eingangsschaltungseinheit (10) umfass- ten, redundanten Eingangsschaltung (12, 14) aufweist und
wobei aufgrund einer erkannten redundanten Eingangsschal¬ tung (12, 14) eine Aktivierung des Mittels (26) zur Kompensa¬ tion des aufgrund der Aufteilung des Messstroms (IM) resul- tierenden verringerten Spannungsabfalls (UM) bewirkbar ist.
7. Verfahren zum Betrieb einer Eingangsschaltungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei im Falle einer Paral¬ lelschaltung der ersten und der zweiten Eingangsschaltung (12, 14) eine Aufteilung des Messstroms (IM) auf die erste und die zweite Eingangsschaltung (12, 14) kompensiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine Parallelschaltung der ersten und der zweiten Eingangsschaltung (12, 14) automa- tisch erkannt wird und als Ergebnis einer solchen automati¬ schen Erkennung zur Kompensation der Aufteilung des Messstroms (IM) eine Multiplikation eines aufgrund des Spannungs¬ abfalls (UM) über dem Messwiderstand (RM) erhältlichen Mess¬ werts mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Faktor erfolgt.
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