Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur überwachung einer Schaltereinheit

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur überwachung einer Schaltereinheit, wobei die Schaltereinheit einen ersten Schalteingang entweder mit einem zweiten Schalteingang oder mit einem dritten Schalteingang verbindet. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine entsprechende Vorrichtung zur überwachung einer Schaltereinheit, wobei die Schaltereinheit einen ersten Schalteingang entweder mit einem zweiten Schalteingang oder mit einem dritten Schalteingang verbindet. Bei der Schaltereinheit handelt es sich beispielsweise um ein Relais.

[0002] Für eine Grenzwertsignalisierung werden in der Prozess- und

Automatisierungstechnik in vielen Fällen Relais eingesetzt. Dabei kommen in Prozessmessgeräten, welche mit Hilfsenergie versorgt werden (z.B. 230 V AC), monostabile Relais zum Einsatz. Die Schaltkontakte in diesem Relaistyp werden betätigt, indem ein Strom auf die Erregerspule gegeben wird. Wird die Bestromung der Erregerspule unterbrochen, so fällt der Schaltkontakt in den Ausgangszustand zurück. Somit ist der Schaltzustand des Relais eindeutig bestimmt. In Prozessmessgeräten, welche von einem Standard 4...20 mA-Signal gespeist werden, kann zur Signalisierung ein monostabiles Relais nicht eingesetzt werden, da der Energiebedarf für monostabile Relais im Bereich von 150 mW liegt. Typischerweise sollte aber der Energiebedarf für schleifengespeiste Messgeräte nicht größer als 40 mW sein. Mit bistabilen Relais kann das Problem der begrenzt zur Verfügung stehenden Energie gelöst werden. Bei bistabilen Relais erfolgt die Betätigung der Schaltkontakte durch eine kurzzeitige Bestromung der Erregerspule. Der Schaltkontakt bleibt dann solange in dieser Position, bis die Erregerspule erneut bestromt wird. Der Nachteil bei bistabilen Relais besteht darin, dass die Schaltstellung der Schaltkontakte nicht eindeutig ist, d.h. um sicher zu stellen, in welchen Zustand sich die Schaltkontakte befinden, muss die Schaltstellung überwacht werden. Bei den Schaltkontakten ist bei vielen Messgeräten der Prozess- und Automatisierungstechnik insbesondere zu beachten, dass eine galvanische Trennung erforderlich ist und dass diese Trennung auch

durch keine Modifikationen gestört werden darf.

[0003] Im Stand der Technik ist es bekannt, einen zusätzlichen Schaltkontakt im Relais zu überwachen. D.h. die Erregerspule schaltet zwei Kontakte und der Schaltzustand einer der beiden Kontakte wird überwacht. Nachteilig daran ist, dass die Baugröße des Relais durch den zusätzlichen Kontakt zunimmt, so dass auch ein erhöhter Platzbedarf besteht. überdies ist eine größere Erregerenergie für das Schalten von zwei Schaltkontakten erforderlich.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine

Schaltzustandsüberwachung zu implementieren, bei welcher die galvanische Trennung zwischen Schaltkontakten und Erregerspule nicht aufgehoben wird und welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

[0005] Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur überwachung einer Schaltereinheit, wobei die Schaltereinheit einen ersten Schalteingang entweder mit einem zweiten Schalteingang oder mit einem dritten Schalteingang verbindet, welches Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: dass der zweite Schalteingang oder der dritte Schalteingang mit einem Testsignal beaufschlagt wird, und dass vom ersten Schalteingang ein Signal abgegriffen wird, oder dass der erste Schalteingang mit einem Testsignal beaufschlagt wird, und dass vom zweiten Schalteingang oder vom dritten Schalteingang ein Signal abgegriffen wird, und dass das Signal mindestens in Hinsicht auf den Schaltzustand der Schaltereinheit ausgewertet wird. Die Schaltereinheit oder das Relais stellt somit je nach Ansteuerung einen Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten oder dem dritten Schalteingang her. Dabei ist die Schaltereinheit nach außen, d.h. in Richtung Anwender entweder geschlossen oder geöffnet. Hierdurch wird beispielsweise das Erreichen eines Grenzwertes von Temperatur, Durchfluss oder Dichte angezeigt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird auf eine der beiden Verbindungsseiten, d.h. entweder auf die Seite des ersten Schalteingangs oder auf die gegenüberliegende Seite mit dem zweiten bzw. dritten Schalteingang ein Testsignal gegeben und von der jeweils anderen Seite

wird ein Signal abgegriffen und in Hinsicht auf den Schaltzustand ausgewertet.

[0006] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass als Testsignal ein elektrisches Wechselspannungssignal verwendet wird.

[0007] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die Beaufschlagung mit dem Testsignal über mindestens eine erste galvanische Trennung vorgenommen wird.

[0008] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Abgreifen des Signals über mindestens eine zweite galvanische Trennung vorgenommen wird.

[0009] Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass das Signal mindestens durch einen Tiefpassfilter gefiltert wird.

[0010] In einer Ausgestaltung besteht die Erfindung somit darin, dass der

Schaltzustand der Schaltkontakte mit Hilfe eines hochfrequenten Signals überwacht wird, welches über Kondensatoren von der Erregerseite auf den Schaltkontakt gekoppelt wird. Ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik ist, dass die Bauteilgröße des Relais unverändert bleibt, da insbesondere ein zweiter Kontakt erforderlich ist, d.h. es handelt sich um ein normales Relais. Damit geht einher, dass die Erregerenergie des Relais unverändert bleibt. Erforderlich sind einzig für die galvanische Trennung die Koppelkondensatoren.

[0011] Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur

überwachung einer Schaltereinheit, wobei die Schaltereinheit einen ersten Schalteingang entweder mit einem zweiten Schalteingang oder mit einem dritten Schalteingang verbindet, wobei mindestens eine Signalquelle vorgesehen ist, welche mindestens ein Testsignal erzeugt, wobei die Signalquelle und der zweite Schalteingang oder der dritte Schalteingang oder der erste Schalteingang derartig ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass das Testsignal den zweiten Schalteingang oder den dritten Schalteingang oder den ersten Schalteingang erreicht, und wobei mindestens eine Signalauswerteeinheit vorgesehen ist, wobei die Signalauswerteeinheit und der erste Schalteingang oder der zweite Schalteingang oder der dritte Schalteingang derartig ausgestaltet und

miteinander verbunden sind, dass die Signalauswerteeinheit mindestens ein Signal vom ersten Schalteingang oder vom zweiten Schalteingang oder vom dritten Schalteingang empfängt, und wobei die Signalauswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Signalauswerteeinheit das Signal in Hinsicht auf den Schaltzustand der Schaltereinheit auswertet.

[0012] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Signalquelle derartig ausgestaltet ist, dass die Signalquelle ein elektrisches Wechselspannungssignal als Testsignal erzeugt.

[0013] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass mindestens eine erste galvanische Trennung zwischen der Signalquelle und dem zweiten Schalteingang oder dem dritten Schalteingang oder dem ersten Schalteingang vorgesehen ist.

[0014] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens eine zweite galvanische Trennung zwischen der

[0015] Signalauswerteeinheit und dem ersten Schalteingang oder dem zweiten Schalteingang oder dem dritten Schalteingang vorgesehen ist.

[0016] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, mindestens ein Tiefpassfilter für eine Filterung des Signals vorgesehen ist.

[0017] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens eine Prozessoreinheit vorgesehen ist, welche als Signalquelle und als Signalauswerteeinheit dient.

[0018] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

[0019] Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltausganges.

[0020] In der Fig. 1 ist beispielsweise der Ausgang eines Messgerätes oder eines Anzeigegerätes dargestellt. Die erfindungsgemäße Schaltung ist somit beispielhaft auch Bestandteil eines Messgerätes mit Sensoreinheit zur Bestimmung und/oder überwachung mindestens einer Prozessgröße (z.B. Temperatur, Füllstand, Dichte, Viskosität, pH-Wert). Zur Signalisierung eines Grenzwertes, d.h. ob z.B. ein Temperaturwert oder ein Füllstand erreicht wurde oder nicht, wird ein Relais als Schaltereinheit 1 verwendet.

Zur Ansteuerung dient hier ein Mikroprozessor, welcher passend in dem - hier nicht gezeigten - Messgerät integriert ist. Je nach dem Schaltzustand wird eine Erregerspule 7 in der Schaltereinheit 1 angesteuert, wodurch ein Kontakt zwischen dem ersten Schalteingang 11 und dem zweiten 12 oder dritten Schalteingang 13 hergestellt wird. Dadurch, dass die Erregerspule 7 in der Schaltereinheit 1 den Kontakt schaltet, besteht somit auch eine galvanische Trennung zwischen dem Messgerät und der Schnittstelle nach außen. [0021] Im hier gezeigten Beispiel werden die Signalquelle 5 und die

Signalauswerteeinheit 6 durch eine CPU repräsentiert. Von der Signalquelle 5 wird ein Testsignal TS erzeugt, bei welches es sich um eine Wechselspannung handelt. über einen ersten Koppelkondensator 21 als erste galvanische Trennung wird das Testsignal TS hier auf den zweiten Schalteingang 12 gegeben. Ist der Schalter geschlossen, d.h. besteht eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem ersten Schalteingang 11 und dem zweiten Schalteingang 12, so gelangt das Testsignal TS als Signal S über die zweite galvanische Trennung 22, bei welcher es sich auch um einen Koppelkondensator handelt, zur Signalauswerteeinheit 6. Zuvor wird der Gleichspannungsanteil des Frequenzsignals über den Tiefpassfilter 3 herausgefiltert. D.h. am Signaleingang der CPU liegt ein High-Signal an. Ist jedoch der Kontakt zwischen dem ersten Schalteingang 11 und dem dritten Schalteingang 13 geschlossen, so gelangt das Testsignal TS nicht zur Signalauswerteeinheit 6. D.h. das Signal S ist quasi ein Nullsignal und am Eingang der CPU liegt über den vorgeschalteten elektrischen Widerstand, der mit Masse verbunden ist, Ground an. Die galvanische Trennung ist somit über die beiden Koppelkondensatoren 21 , 22 gegeben, und durch das Wechselspannungssignal TS wird der Schaltzustand des Relais 1 abgefragt.

[0022] Bezugszeichenliste

Tabelle 1

3]