DE19536819A1

DE19536819A1 - DC voltage monitoring device, for railway signalling system where DC voltage is affected by AC voltage

Info

Publication number: DE19536819A1
Application number: DE1995136819
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dipl Ing Sievert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: CH693911A5; AT408378B; DE19536819C2; ATA163196A

Abstract

The device has a cyclically driven multiplexer (M1) whose inputs receive pref. up to four input voltages (U1-U4) and whose output is fed to an analogue-to-digital converter or ADC (ADW) via a summing amplifier (SV). The amplifier input is held at a potential at a defined level above or below the mean value of the input voltage range processed by the ADC. A second cyclically driven multiplexer, operating at a lower frequency, feeds negative and positive potentials of defined magnitude successively to the inputs of the first multiplexer. A data processor converts the ADC output voltage into values corresp. to the actual input values according to the static potentials fed to the multiplexers using a software recursive filter procedure. The values produced are averaged over a minimum period dependent on the lowest frequency of the superimposed AC voltage and used for voltage evaluation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Einrich tung ist aus Signal und Draht 85 (1993) 7/8, Seiten 224-233 bekannt. Dort wird über die sogenannte Kombinationssignali sierung bei den Deutschen Bahnen berichtet, einer optischen Zugfolge- und Geschwindigkeitssignalisierung. Die Überwachung des jeweils angeschalteten Signalbegriffes erfolgt im Stell werk mittels sogenannter SICON-Baugruppen. Diese SICON-Bau gruppen dienen zum Überwachen von Meldespannungen, die an den stromführenden Signallampen erzeugt und nach Gleichrichtung über sogenannte Phantom-Stromkreise zum Stellwerk übertragen werden. Jede SICON-Baugruppe enthält zwei unabhängige Melder: ein Melder spricht auf positive und der andere auf negative Spannung einer vorgesehenen Amplitude an. Positives Potential an einer einem Fahrtsignalbegriff zugeordneten Signallampe meldet dem bewertenden Rechner, daß die zugehörige Fahrtsi gnallampe leuchtet; bei negativem Potential an allen den Fahrtbegriffen zugeordneten Meldern wird dem Rechner gesagt, daß die Rotlampe Betriebsstrom führt. Eine weitere SICON- Baugruppe dient zur Nebenfadenüberwachung der Signallampen.The invention relates to a device according to the Preamble of claim 1. Such a device tung is from Signal und Draht 85 (1993) 7/8, pages 224-233 known. There is the so-called combination signal reported at Deutsche Bahnen, an optical one Train sequence and speed signaling. The supervision of the signal concept that is switched on takes place in the control plant using so-called SICON assemblies. This SICON construction groups are used to monitor the signal voltages that are connected to the Live signal lamps generated and after rectification transmitted to the signal box via so-called phantom circuits will. Each SICON module contains two independent detectors: one detector speaks positive and the other negative Voltage of an intended amplitude. Positive potential on a signal lamp assigned to a travel signal term reports to the evaluating computer that the associated Fahrtsi flashing lamp lights up; with negative potential on all the Detectors assigned to trip terms are told to the computer that the red lamp carries operating current. Another SICON Module is used for the secondary thread monitoring of the signal lamps.

Die SICON-Baugruppen sind durch ein Tiefpaßverhalten so ausgelegt, daß sie zwar einerseits schnell genug auf Signal wechsel reagieren, andererseits aber gegenüber der Beeinflus sungsspannung von bis zu 250 V/16 2/3 Hz bzw. 50 Hz immun sind. Dies bedingt aufwendige Integrator-Schaltungen in den Ein gangskreisen der SICON-Baugruppen. Zum Überwachen mehrerer Meldespannungen ist eine entsprechende Vielzahl von SICON- Baugruppen erforderlich.The SICON modules are like this due to their low-pass behavior designed that on the one hand they are fast enough on signal react to changes, but on the other hand to the influences voltage of up to 250 V / 16 2/3 Hz or 50 Hz are immune. This requires complex integrator circuits in the on circuits of the SICON modules. For monitoring several Signal voltages is a corresponding number of SICON Assemblies required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die es ermöglicht, mit nur einer einzigen Schaltung mehrere Melde spannungen zuverlässig zu überwachen, wobei gleichzeitig der Filteraufwand zur Bewertung der möglicherweise wechselspan nungsbehafteten Gleichspannungen vermindert ist und bedarfs weise unterschiedlichhohe Spannungspegel überwachbar sind, und wobei die Reaktionszeit auf einen Signalwechsel deutlich klein gehalten ist.The object of the present invention is a device according to the preamble of claim 1 to specify it allows multiple reports with just one circuit to monitor voltages reliably, while at the same time Filtering effort for the evaluation of possibly alternating voltage DC voltages are reduced and required differently high voltage levels can be monitored, and the response time to a signal change is clear is kept small.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Nach seiner Lehre wird ein Großteil der Filterprozedur softwaremäßig realisiert, so daß sich für die Überwachungseinrichtung selbst ein nur geringer hardware-Aufwand ergibt. Dieser Aufwand wird noch dadurch verringert, daß mit jeder Einrichtung jeweils bis zu vier Gleichspannungen zyklisch überwacht werden können, wobei durch eine besondere Aufschalt- und Bearbeitungsprozedur sichergestellt ist, daß etwaige fehlerhafte Zuordnungen aufgeschalteter Spannungen zu den letztendlich überwachten Verbrauchern in vorgegebener Zeit zuverlässig erkannt werden können.The invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1. According to his teaching is a Much of the filter procedure implemented by software, so that himself only a minor one for the monitoring device hardware effort results. This effort is added to this reduces that with each facility up to four DC voltages can be monitored cyclically, whereby thanks to a special activation and processing procedure it is ensured that any incorrect assignments applied voltages to the ultimately monitored Consumers are reliably recognized in a given time can.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfin dungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angege ben.Advantageous refinements and developments of the inventions The device according to the invention is specified in the subclaims ben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is based on in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. The Drawing shows in

Fig. 1 schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung, in Fig. 1 shows schematically the structure of the device according to the invention, in

Fig. 2 die Ausgestaltungen von Eingangsschaltungen dieser Einrichtung, in Fig. 2 shows the configurations of input circuits of this device, in

Fig. 3 das Prinzip der softwaremäßigen Filterung der Eingangsspannungen, in Fig. 3 shows the principle of software filtering the input voltages, in

Fig. 4 ein Schaubild, aus dem sich die für die Aus klammerung von Wechselspannungseinflüssen er forderliche Mindestauswertezeit ergibt, in Fig. 4 is a graph showing the minimum evaluation time required for the exclusion of AC influences

Fig. 5 ein Schaubild zur Erläuterung des Einflusses sogenannter Offsets auf die zu bewertende Amplitude einer Eingangsspannung und in Fig. 5 is a graph for explaining the influence of so-called offsets on the amplitude of an input voltage to be evaluated and in

Fig. 6 und 7 das Zusammenwirken mehrerer Einrichtungen zum Überwachen einer größeren Anzahl von Spannun gen. Figure a combination of several devices gen. 6 and 7 to monitor a larger number of Spannun.

In Fig. 1 werden vier möglicherweise wechselspannungsbehaf tete Gleichspannungen als Eingangsspannungen U1 bis U4 über gleichartig ausgeführt Eingangsschaltungen ES auf vier Ein gänge eines Multiplexers M1 geführt. Dieser Multiplexer wird über Steuereingänge S10, S11 und Enable von einem Steuerregi ster SR so gesteuert, daß die anliegenden Eingangsspannungen U1 bis U4 zyklisch nacheinander auf den Ausgang des Multiple xers M1 geschaltet werden. Von dort gelangen sie über einen als Operationsverstärker ausgebildeten Summierverstärker SV auf den Eingang eines Analog-/Digitalwandlers ADW. Dieser Analog-/Digitalwandler setzt den ihm zugeführten analogen Eingangsspannungswert in einen entsprechenden Digitalwert um und gibt diesen seriell über einen Datenausgang DA an eine nachgeordnete Datenverarbeitungseinrichtung, die beispiels weise als Controller ausgeführt ist.In Fig. 1, four possibly alternating voltage-carrying direct voltages are carried as input voltages U1 to U4 via identically designed input circuits ES to four inputs of a multiplexer M1. This multiplexer is controlled via control inputs S10, S11 and Enable by a Steuerregi ster SR so that the applied input voltages U1 to U4 are switched cyclically one after the other to the output of the multiplier M1. From there, they arrive at the input of an analog / digital converter ADW via a summing amplifier SV designed as an operational amplifier. This analog / digital converter converts the analog input voltage value supplied to it into a corresponding digital value and transmits it serially via a data output DA to a downstream data processing device, which is designed, for example, as a controller.

Da der Analog-/Digitalwandler nur Spannungen zwischen 0 Volt und zum Beispiel +5 Volt einlesen kann, die zur Bewertung anstehende Eingangsspannung aber wechselspannungsbehaftet sein kann, ist es erforderlich, dem Eingang des Analog-/Digi talwandlers eine konstante Gleichspannung zur Nullpunktver schiebung zuzuführen. Diesem Zwecke dient der Summierverstär ker SV. Ihm wird eine im Analog-/Digitalwandler intern er zeugte Referenzspannung als sogenannter Grund-Offset zuge führt. Dieser Grund-Offset sorgt dafür, daß der Signaleingang des Summierverstärkers bei nicht durchgeschalteten Multiple xereingängen auf zum Beispiel +2,5 Volt liegt, so daß bei durchgeschaltetem Multiplexer M1 dann auch Wechselspannungen, allerdings nur in einem Bereich von +2,5 Volt, vom Analog-/ Digitalwandler erfaßt und verarbeitet werden können. Der die ihm vom Analog-/Digitalwandler zugeführten Spannungswerte bewertende Controller rechnet aus den ermittelten Spannungs werten den dem Summierverstärker zugeführten Grund-Offset heraus und gelangt so zu den tatsächlich zu bewertenden Spannungswerten. Hierzu wird auf die spätere Erläuterung der Fig. 5 verwiesen. Der Analog-/Digitalwandler kann z. B. aus einem 12-Bit-Wandler mit 4.096 verschiedenen Stufen bestehen; er hat dabei eine Auflösung von 0,1 Volt/LSB (Least Signifi cant Bit = kleinste Bitstelle). Den jeweils ermittelten Digi talwert gibt der Analog-/Digitalwandler taktgesteuert über einen seriellen Datenausgang an den bewertenden Controller. Ein dem Datenausgang DA vorgeschalteter Inverter J1 dient dazu, eine Invertierung auf dem Übertragungsweg zum Control ler rückgängig zu machen. Die Wandlung eines Analogwertes wird vom Controller über ein entsprechendes Steuersignal auf den Starteingang S der Einrichtung initiiert, wobei die dem Takteingang T der Einrichtung anschließend zugeführten Takt signale dann das serielle Auslesen des jeweils ermittelten Wertes veranlassen. Gleichzeitig wird mit demselben Takt signal das Steuerregister SR vorbereitend mit den Daten für die nächste Abfrage geladen.Since the analog / digital converter can only read in voltages between 0 volts and +5 volts, for example, but the input voltage pending for evaluation can be subject to alternating voltage, it is necessary to supply the input of the analog / digital converter with a constant DC voltage for shifting the zero point. The summing amplifier SV serves this purpose. A reference voltage generated internally in the analog / digital converter is supplied to it as a so-called basic offset. This basic offset ensures that the signal input of the summing amplifier, when the multiplexer inputs are not switched through, is, for example, at +2.5 volts, so that when the multiplexer M1 is switched through, alternating voltages, but only in a range of +2.5 volts, from Analog / digital converter can be detected and processed. The controller evaluating the voltage values supplied to it by the analog / digital converter calculates the basic offset supplied to the summing amplifier from the determined voltage values and thus arrives at the voltage values actually to be evaluated. For this purpose, reference is made to the later explanation of FIG. 5. The analog / digital converter can e.g. B. consist of a 12-bit converter with 4,096 different stages; it has a resolution of 0.1 volt / LSB (Least Significant Bit = smallest bit position). The analog / digital converter transmits the respectively determined digital value clock-controlled to the evaluating controller via a serial data output. An inverter J1 connected upstream of the data output DA serves to undo an inversion on the transmission path to the controller. The conversion of an analog value is initiated by the controller via a corresponding control signal on the start input S of the device, the clock signals subsequently supplied to the clock input T of the device then initiating the serial readout of the respectively determined value. At the same time, the control register SR is preparatively loaded with the data for the next query with the same clock signal.

Die zyklische Folgezeit für das Einlesen neuer Eingangsspan nungen in die Einrichtung wird nach unten hin im wesentlichen begrenzt durch die Auslesezeit des Analog-/Digitalwandlers und die Regenerationszeit des Summierverstärkers beim Auf schalten eines geänderten Eingangsspannungswertes. Bei einer für eine bestimmte technische Anwendung vorgesehenen Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die maxi mal vier zu bewertenden Eingangsspannungen im Wechsel alle 200 µs eingelesen, das heißt für die gesamte Abfrage der vier Werte wird weniger als 1 ms benötigt. Die zyklische Aufschal tung der Eingangsspannungen vom Controller her wird erst nach 5 ms wiederholt. Das bedeutet, der Controller steht während der Abtastpause von 4 ms für andere Programmaufgaben zur Verfügung. Die Abtastrate von 5 ms für das Abfragen jedes Eingangs bestimmt den erforderlichen Aufwand des RC-Filters in der Eingangsschaltung ES (Fig. 2). Das Abtasttheorem zum Digitalisieren von Daten besagt, daß in einem Eingangssignal nur Frequenzen bis zur halben Abtastfrequenz enthalten sein dürfen. Die Abtastfrequenz beträgt in diesem Fall f = 1/5 ins = 200 Hz. Das RC-Filter in der Eingangsschaltung bewirkt also eine ausreichende Dämpfung der Frequenzanteile im Eingangssignal, die größer als 100 Hz sind. In den Abtast pausen wird der Multiplexer M1 über das Enable-Signal abge schaltet, um in dieser Zeit eine Meßwertverfälschung durch einen geschlossenen Multiplexerschalter zu verhindern. Diese Meßwertverfälschung könnte sonst eintreten, weil über einen geschlossenen Multiplexerschalter ein in der jeweils zugehö rigen Eingangsschaltung angeordneter Filter-Kondensator min destens teilweise entladen und damit für den folgenden Meß vorgang einen zu niedrigen Spannungswert ausgeben würde.The cyclical follow-up time for reading in new input voltages into the device is essentially limited at the bottom by the readout time of the analog / digital converter and the regeneration time of the summing amplifier when switching on a changed input voltage value. In an embodiment of the device according to the invention intended for a specific technical application, the maximum four input voltages to be evaluated are read alternately every 200 μs, that is, less than 1 ms is required for the entire query of the four values. The cyclical connection of the input voltages from the controller is only repeated after 5 ms. This means that the controller is available for other program tasks during the sampling pause of 4 ms. The sampling rate of 5 ms for polling each input determines the required effort of the RC filter in the input circuit ES ( Fig. 2). The sampling theorem for digitizing data states that only frequencies up to half the sampling frequency may be contained in an input signal. In this case, the sampling frequency is f = 1/5 ins = 200 Hz. The RC filter in the input circuit therefore causes sufficient attenuation of the frequency components in the input signal that are greater than 100 Hz. In the sampling pauses, the multiplexer M1 is switched off via the enable signal in order to prevent a measurement value corruption by a closed multiplexer switch during this time. This falsification of measured values could otherwise occur because a filter capacitor min arranged in the respective associated input circuit would at least partially discharge via a closed multiplexer switch and would thus output an excessively low voltage value for the following measurement process.

Die elektrische Beschaltung der Eingangsschaltungen ES ist in Fig. 2 dargestellt. Die Eingangsschaltungen bestehen unter anderem aus Spannungsteilern mit den Widerständen R1 bis R7 zum Herunterteilen der die zu messenden Gleichspannungen von zum Beispiel 30 Volt und der diese möglicherweise überlagern den Wechselspannungen von zum Beispiel 250 Volt/50 Hz oder 16 2/3 Hz auf Werte, die vom Analog-/Digitalwandler verarbeitet werden können; zusammen mit den Wechselspannungen werden selbstverständlich auch die von diesen überlagerten Gleich spannungen entsprechend herabgeteilt. Der Widerstand R10 bestimmt den Verstärkungsfaktor des Summierverstärkers bei der Addition der Eingangsspannung mit dem Grund-Offset, und der Widerstand R11 verhindert ein Ansteigen der Spannung am abgeschalteten Multiplexer über dessen Versorgungsspannung hinaus. R8, R9 und C bilden ein RC-Glied zum Ausfiltern kurzzeitiger Spannungsspitzen; die die Gleichspannung über lagernden relativ niederfrequenten Wechselspannungen werden von dem RC-Vorfilter nur mäßig bedämpft. Das Vorfilter hat eine Grenzfrequenz von 12 Hz.The electrical wiring of the input circuits ES is shown in Fig. 2. The input circuits consist, among other things, of voltage dividers with resistors R1 to R7 for dividing down the DC voltages to be measured, for example 30 volts, and which may be superimposed on the AC voltages, for example 250 volts / 50 Hz or 16 2/3 Hz, to values which can be processed by the analog / digital converter; together with the AC voltages, the DC voltages superimposed by these are of course also reduced accordingly. The resistor R10 determines the amplification factor of the summing amplifier when the input voltage is added to the basic offset, and the resistor R11 prevents the voltage at the switched-off multiplexer from increasing beyond its supply voltage. R8, R9 and C form an RC element for filtering out short-term voltage peaks; the relatively low-frequency alternating voltages overlying the DC voltage are only moderately damped by the RC pre-filter. The pre-filter has a cut-off frequency of 12 Hz.

Die Ausfilterung der die zu messenden Gleichspannungen über lagernden Wechselspannungen geschieht durch eine Filterproze dur im bewertenden Controller. Hierzu wird auf Fig. 3 ver wiesen. Das Filterprinzip beruht auf der Rückführung des je weils letzten Abtastwertes auf den Filtereingang, das heißt ein neuer Wert wird mit dem vor 5 Millisekunden abgespeicher ten Wert addiert, wobei der gespeicherte Wert vorher mit einer Filterkonstanten a multipliziert wird; t steht in der Zeichnung für die Verzögerung durch die Addition des aktuel len mit dem vorherigen Spannungswert. Damit das Filter einen statischen Verstärkungsfaktor von 1 erhält, wird das Ergebnis mit dem Faktor (1 - a) multipliziert. Mit der Filterkonstan ten a wird die Steilheit der Filterkurve eingestellt; im vor liegenden Fall beträgt a = 0,875. Die sich ergebende Filter kurve entspricht einem RC-Filter erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 4 Hz.The filtering of the direct voltages to be measured via alternating voltages is done by a filter process in the evaluating controller. For this purpose, reference is made to Fig. 3. The filter principle is based on the feedback of the last sample value to the filter input, ie a new value is added to the value stored 5 milliseconds ago, the stored value being multiplied beforehand by a filter constant a; In the drawing, t stands for the delay due to the addition of the current len with the previous voltage value. In order for the filter to get a static gain factor of 1, the result is multiplied by the factor (1 - a). With filter constant a the slope of the filter curve is set; in the present case, a = 0.875. The resulting filter curve corresponds to a first-order RC filter with a cutoff frequency of 4 Hz.

Die gesamte Zeitkonstante für die Filterung beträgt ca. 60 ms. Die Mittelwertbildung zum Ausklammern des Einflusses von Wechselspannungen auf die zu überwachenden Gleichspannun gen bewirkt eine Verzögerungszeit von 65 ms. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, müssen bei der angenommenen Periodendauer zum zyklischen Durchschalten des Multiplexers M1 von 5 ms zum Ausblenden der Wechselspannung mit der größten Periodendauer, hier 16 2/3 Hz jeweils mindestens 13 Meßvorgänge stattfinden, damit durch Integration der sich ändernden, gefilterten Wech selspannungswerte über diese Zeit (65 ms) mit hinreichender Genauigkeit auf den Wert der Gleichspannung geschlossen werden kann, die von der Wechselspannung überlagert wird. Durch die Hintereinanderschaltung von RC-Eingangsfilter, Abtastung, Softwarefilter und Mittelwertbildung ergibt sich eine Gesamtverzögerungszeit auf einen Signalwechsel (z. B. Spannungssprung von +30 V auf -30 V), die kleiner als 300 ms ist.The total time constant for filtering is approx. 60 ms. Averaging to exclude the influence of AC voltages on the DC voltages to be monitored causes a delay time of 65 ms. As can be seen from FIG. 4, at the assumed period for cyclically switching through the multiplexer M1 of 5 ms to mask out the AC voltage with the greatest period, here 16 2/3 Hz, at least 13 measuring processes each have to take place, so that by integrating the changing, filtered AC voltage values over this time ( 65 ms) can be concluded with sufficient accuracy on the value of the DC voltage, which is superimposed by the AC voltage. The series connection of RC input filter, sampling, software filter and averaging results in a total delay time for a signal change (e.g. voltage jump from +30 V to -30 V) that is less than 300 ms.

Um die jeweils anliegenden Eingangsspannungen zuverlässig bewerten zu können, muß sichergestellt sein, daß der Multi plexer M1 tatsächlich nacheinander die vier zur Bewertung anliegenden Eingangsspannungen an den Analog-/Digitalwandler durchschaltet, bzw. es muß sichergestellt sein, daß ein Fehlverhalten des Multiplexers M1 zuverlässig erkannt wird. Um dies zu gewährleisten, sieht die erfindungsgemäße Einrich tung einen weiteren Multiplexer M2 vor. Dieser Multiplexer wird über Steuerleitungen S20, S21 und Enable ebenfalls vom Steuerregister SR gesteuert. Abhängig von seiner jeweiligen Schaltstellung führt es einem der Eingänge des Multiplexers M1 jeweils ein Zusatz-Offset zu, das heißt der Wert der betreffenden Eingangsspannung wird in vorgegebener Weise immer um den gleichen Betrag verfälscht. Dieser Zusatz-Offset wird nacheinander auf alle Eingänge des Multiplexers M1 gelegt, wobei die Zykluszeit verschieden gewählt ist von der Zykluszeit für das Umschalten des Multiplexers M1. Vorzugs weise liegt die Zyklus zeit in der Größenordnung von einer oder einigen Sekunden im Gegensatz zu der Zykluszeit des Multiplexers M1 in der Größenordnung von Mikrosekunden. Durch das bewußte Verfälschen eines der Eingangsspannungswerte und die Kenntnis, welcher Eingangsspannungswert dies jeweils sein soll, läßt sich bei der Bewertung der Eingangsspannungen eine zuverlässige Aussage darüber treffen, ob der Multiplexer M1 einen ganz bestimmten Eingang durchgeschaltet hat oder nicht. Da aber kein Interesse besteht an der Bewertung einer bewußt verfälschten Eingangsspannung sondern an der Bewertung der tatsächlichen Eingangsspannung, wird durch die bewertende Datenverarbeitungseinrichtung der vom Multiplexer M2 vorgege bene Zusatz-Offset ebenso wie der Grund-Offset für den Sum mierverstärker aus dem vom Analog-/Digitalwandler tatsächlich festgestellten Spannungswert herausgerechnet und erst der so modifizierte Spannungswert wird der Bewertung zugeführt. Wenn also beispielsweise durch den Multiplexer M2 ein Zusatz-Off set von zum Beispiel +0,4 Volt vorgegeben wird, so ist bei der Bewertung der Spannung, die auf dem vom Multiplexer M2 mit dem Zusatz-Offset belegten Eingang des Multiplexers M1 liegt, vom Controller der am Ausgang des Analog-/Digital wandlers anliegende Spannungswert um diese 0,4 Volt zu ver mindern. Durch das zyklische Aufschalten des Zusatz-Offset auf die Eingänge des Multiplexers M1 läßt sich so z. B. im Rhythmus von 4×2 Sekunden das Funktionsverhalten des Multi plexers M1 zuverlässig überwachen.Reliable for the respective input voltages To be able to evaluate, it must be ensured that the Multi plexer M1 actually consecutively the four for evaluation applied input voltages to the analog / digital converter switches through, or it must be ensured that a Malfunction of the multiplexer M1 is reliably detected. To ensure this, the device according to the invention sees device another multiplexer M2. This multiplexer is also via control lines S20, S21 and Enable Control register SR controlled. Depending on its respective Switch position it leads one of the inputs of the multiplexer M1 each an additional offset, that is, the value of relevant input voltage is given in a predetermined manner always falsified by the same amount. This additional offset is successively applied to all inputs of the multiplexer M1 placed, the cycle time is chosen different from the Cycle time for switching the multiplexer M1. Preferential the cycle time is on the order of one or a few seconds as opposed to the cycle time of the Multiplexers M1 on the order of microseconds. By deliberately falsifying one of the input voltage values and Knowing which input voltage value this is a, can be used when evaluating the input voltages make reliable statements about whether the multiplexer M1 switched through a specific input or not. But since there is no interest in evaluating one consciously falsified input voltage but at the evaluation of the actual input voltage is determined by the evaluating Data processing device of the multiplexer M2 level additional offset as well as the basic offset for the sum Mier amplifier from that of the analog / digital converter actually determined voltage value and only the so modified voltage value is added to the evaluation. If for example, an additional off by the multiplexer M2 set of, for example, +0.4 volts, then at the evaluation of the voltage on the from the multiplexer M2 input of multiplexer M1 occupied with the additional offset is from the controller at the output of the analog / digital converter applied voltage value to ver this 0.4 volts reduce. Through the cyclical activation of the additional offset on the inputs of the multiplexer M1 can z. B. in Rhythm of 4 × 2 seconds the functional behavior of the Multi Monitor plexers M1 reliably.

Durch das Aufschalten des Zusatz-Offset von z. B. +0,4 Volt auf jeweils einen Eingang des Multiplexers M1 wird der vom Analog-/Digitalwandler verarbeitbare Eingangsspannungsbereich in ungünstiger Weise eingeengt. Hierzu wird erläuternd auf Fig. 5 Bezug genommen. Dort ist mit UE1 der maximale Span nungsbereich einer Eingangsspannung bezeichnet, die bei einem Grund-Offset von zum Beispiel +2,5 Volt vom Analog-/Digital wandler gerade noch verarbeitet werden kann. Die Eingangs spannung UE1 hat einen maximalen Wert von ±2,5 Volt. Durch die Einführung des Zusatz-Offset von zum Beispiel +0,4 Volt verändert sich bei Aufschaltung des betreffenden Multiplexer eingangs der vom Analog-/Digitalwandler verarbeitbare Ein gangsspannungsbereich um diese 0,4 Volt in die positive Richtung und wird damit insgesamt kleiner. Als Folge davon kann der Analog-/Digitalwandler nurmehr noch Spannungen UE2 bis zu einer Amplitude bis zu ±2,1 Volt verarbeiten. Durch die Vorgabe eines Grund-Offset, der den Einfluß des Zusatz- Offset mindestens zum Teil kompensiert, kann der ungünstige Einfluß des Zusatz-Offset auf den Arbeitsbereich des Analog- /Digitalwandlers aber mindestens zum Teil wieder kompensiert werden. In Fig. 5 ist deshalb für die Spannung UE3 ein Grund-Offset von +2,3 Volt angenommen. Vom Analog-/Digital wandler können dann Spannungen mit einer maximalen Amplitude von ±2,3 Volt bewertet werden. Für die Spannung UE4, die annahmegemäß durch den Zusatz-Offset von +0,4 Volt belastet sein soll, ergibt sich dadurch eine erfaßbare Eingangsspan nung ebenfalls von ±2,4 Volt, das heißt, der vom Analog- /Digitalwandler beherrschbare Spannungsbereich ist größer als ohne die Variation des Grund-Offset.By applying the additional offset of z. B. +0.4 volts to one input of the multiplexer M1, the input voltage range that can be processed by the analog / digital converter is unfavorably narrowed. For this purpose, reference is made to FIG. 5 in an explanatory manner . There, UE1 denotes the maximum voltage range of an input voltage that can still be processed by the analog / digital converter with a basic offset of, for example, +2.5 volts. The input voltage UE1 has a maximum value of ± 2.5 volts. With the introduction of the additional offset of, for example, +0.4 volts, the input voltage range that can be processed by the analog / digital converter changes by 0.4 volts in the positive direction when the relevant multiplexer input is connected and thus becomes smaller overall. As a result, the analog / digital converter can only process voltages UE2 up to an amplitude of up to ± 2.1 volts. By specifying a basic offset that at least partially compensates for the influence of the additional offset, the unfavorable influence of the additional offset on the working range of the analog / digital converter can be at least partially compensated for. Therefore, in FIG. 5, a base offset is adopted by +2.3 volts for the voltage UE3. Voltages with a maximum amplitude of ± 2.3 volts can then be evaluated by the analog / digital converter. For the voltage UE4, which is supposed to be loaded by the additional offset of +0.4 volts, this also results in a detectable input voltage of ± 2.4 volts, which means that the voltage range that can be controlled by the analog / digital converter is larger than without the variation of the basic offset.

Das Steuerregister SR ist im dargestellten Ausführungsbei spiel durch ein Fünf-Bit-Schieberegister dargestellt. Der Controller schiebt über den Dateneingang DE die zum Durch steuern der beiden Multiplexer M1, M2 benötigten Daten in das Schieberegister und veranlaßt über ein aus dem Startsignal des Analog-/Digitalwandlers abgeleitetes Freigabesignal das Einstellen der Multiplexer. Das Freigabesignal wird mittels eines Impulsformers JF von der negativen Flanke des Startsi gnals für den Analog-/Digitalwandler abgeleitet, das heißt für jeden Meßvorgang erhält das Steuerregister ein gesonder tes Freigabesignal. Das Steuerregister veranlaßt dann vorbe reitend für den folgenden Meßvorgang das Einstellen der beiden Multiplexer M1 und M2.The control register SR is in the illustrated embodiment represented by a five-bit shift register. Of the Controller pushes through to the data input DE control the two multiplexers M1, M2 required data in the Shift register and causes a from the start signal of the analog / digital converter derived enable signal Setting the multiplexers. The release signal is by means of of a pulse shaper JF from the negative edge of the Startsi gnals derived for the analog / digital converter, that is the control register receives a separate one for each measuring process release signal. The control register then causes pre riding for the following measuring process the setting of the both multiplexers M1 and M2.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in dem geringen Aufwand für die Überwachung mehrerer, ggf. mit Wechselspannungen behafteter Gleichspannungen zu sehen, wobei durch die Einführung eines zusätzlichen Multiplexers ein etwaiges Fehlverhalten des die Eingangsspannungen zyklisch durchschaltenden Multiplexers zuverlässig erkannt wird. Der Aufwand für die erfindungsgemäße Einrichtung wird auch durch die besonders schmale Schnittstelle zum bewerten den Controller sehr gering gehalten.A particular advantage of the device according to the invention is in the low effort for monitoring several, possibly to see direct voltages with alternating voltages, with the introduction of an additional multiplexer a possible malfunction of the input voltages cyclically switching multiplexer reliably detected becomes. The effort for the device according to the invention will also to evaluate through the particularly narrow interface kept the controller very low.

Zum Überwachen von jeweils mehr als vier Gleichspannungen ist es möglich, mehrere der erfindungsgemäßen Einrichtungen vorzusehen und die Bewertung ihrer Meßergebnisse z. B. von einem gemeinsamen Controller vornehmen zu lassen. Wenn bei spielsweise von einem Lichtsignal mehr als vier Spannungswer te zu überwachen sind, so sind gemäß Fig. 6 entsprechend viele Einrichtungen E1, E2 vorzusehen, die jeweils über eine eigene Datenleitung DA1, DA2, aber gemeinsame Steuerleitungen S, T, DE mit dem gemeinsamen Controller verbunden sind. Auf diese Weise läßt sich eine wenig aufwendige Schnittstelle zwischen den Einrichtungen und dem Controller erreichen; die Schnittstelle realisiert gleichzeitig auch die Potentialtren nung zwischen Controller und den Einrichtungen durch die Verwendung von Optokopplern.To monitor more than four DC voltages, it is possible to provide several of the devices according to the invention and the evaluation of their measurement results, for. B. to be made by a common controller. If, for example, more than four voltage values are to be monitored by one light signal, a corresponding number of devices E1, E2 are to be provided according to FIG. 6, each with its own data line DA1, DA2, but common control lines S, T, DE with the common one Controllers are connected. In this way, a less complex interface between the devices and the controller can be achieved; the interface also realizes potential isolation between the controller and the devices by using optocouplers.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist angenommen, daß die Meldespannungen nicht vom gleichen Lichtsignal, sondern von unterschiedlichen Lichtsignalen oder sonstigen Verbrau chern stammen. Dort soll eine Verkopplung der von unter schiedlichen Verbrauchern stammenden Spannungen zuverlässig vermieden werden. Aus diesem Grunde sind nicht nur die Ein richtungen E3 und E4 voneinander räumlich und elektrisch getrennt, sondern auch die Steuer- und Datenleitungen DA3, DA4 für die Analog-/Digitalwandler und die Steuerregister der beiden Einrichtungen sind potentialgetrennt mit dem Control ler verbunden. Hierdurch ergibt sich eine breitere Schnitt stelle zum Controller, allerdings mit dem Vorteil, daß die beiden Einrichtungen vollständig entkoppelt sind.In the embodiment of FIG. 7 it is assumed that the signaling voltages do not originate from the same light signal but from different light signals or other consumers. There, a coupling of the voltages originating from different consumers is to be reliably avoided. For this reason, not only are the devices E3 and E4 spatially and electrically separated from one another, but also the control and data lines DA3, DA4 for the analog / digital converter and the control registers of the two devices are electrically isolated from the controller. This results in a wider interface to the controller, but with the advantage that the two devices are completely decoupled.

Claims

1. Device for monitoring DC voltages, possibly with AC voltages, for compliance with predetermined threshold values using an RC filter, an integrator and an analog / digital converter, characterized in that
that in each case up to preferably four input voltages (U1 to U4) are fed to the inputs of a first, cyclically progressible multiplexer (M1), the output of which is connected to the analog / digital converter (ADC) via a summing amplifier (SV),
that the input of the summing amplifier is set to a potential (+2.3 volts) which is above / below the mean value (+2.5 volts) of a value which can be processed by the analog / digital converter by a predeterminable amount (-0.2 volts) Input voltage range (0 to +5 volts),
that a second, also cyclically, but with a lower frequency switchable multiplexer (M2) is provided, which feeds the inputs of the first multiplexer successively negative / positive potential of a predetermined size (+0.4 volt),
and that a data processing device is provided which converts the voltage values present at the output of the analog / digital converter according to the static potentials supplied to the two multiplexers in each case to the values corresponding to the actual input values, subjecting them to a software recursive filter procedure, and the determined values via a averages the minimum frequency dependent on the lowest frequency of the AC voltages to be monitored and feeds the voltage evaluation.

2. Device according to claim 1, characterized, that the inputs of the first multiplexer (M1) input scarf are connected upstream to reduce the maximum applied input voltages to one of the analog / digi talwandler (ADW) processable maximum value.

3. Device according to claim 2, characterized, that the input circuits (ES) from voltage dividers (R1 to R7) with downstream RC elements (R8, R9, C).

4. Device according to claim 1, characterized, that to control the two multiplexers (M1, M2) one of the Data processing device forth over a serial data input (DE) adjustable control register (SR) provided is.

5. Device according to claim 4, characterized, that the multiplexers to switch their on or off would each have two control inputs (S10, S11; S20, S21) point to associated outputs of the control register (SR) are connected.

6. Device according to claim 4 or 5, characterized, that the multiplexers (M1, M2) have a further control input (Enable) to separate all inputs and outputs according to reading the input voltage values into the analog / digi have talwandler (ADW) until another measurement.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized, that the control register (SR) has a delayed Pulse shaper (JF) from the analog / digital converter (ADC) is synchronizable.

8. Device according to claim 1, characterized, that the summing amplifier (SV) as an operational amplifier is carried out and that the data output of the analog / digi talwandlers (ADW) on an inverter (J1) is performed.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized, that the serial transmission of data and control signals between analog / digital converter (ADC) and data processing facility and between data processing facility and Control register (SR) via optocoupler.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized, that that to monitor more than four input voltages several controllable by one or more controllers Devices (E1, E2, E3, E4) for monitoring from to four input voltages are provided.

11. The device according to claim 10, characterized, that the control of multiple devices for voltage evaluators device (E1, E2) via common control lines and that only for data output to the controller or controllers separate data lines are provided.

12. Device according to claim 10, characterized, that those coming from different consumers Input voltages each different equipment (E1, E2; E3, E4) are supplied for voltage evaluation.

13. Device according to one of claims 1, 4, 8 or 11, characterized, that the data processing device as a controller is executed.