DE19823441C1 - Digitaleingabebaugruppe - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine DV-Anlage eine Digitaleingabebaugruppe anzugeben, mit der sich unter Ermöglichung des Überprüfens ihrer Funktionsweise aus einer an einem Kontakt eines Signalgebers anliegenden, binär ko­ dierten Signalwechsel- oder Signalgleichspannung ein Digital­ signal gewinnen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Digital­ eingabebaugruppe für eine DV-Anlage zum Gewinnen eines Digi­ talsignals aus einer an einem Kontakt eines Signalgebers an­ liegenden, binär kodierten Signalspannung, die im Falle einer logischen "1" einen von Null Volt verschiedenen Spannungswert und im Falle einer logischen "0" einen Spannungswert von Null Volt aufweist, mit

• - einer Eingabeeinheit, an deren einen Eingang der Kontakt des Signalgebers und an deren Ausgang die DV-Anlage an­ schließbar ist,
• - einer mit einem weiteren Eingang der Eingabeeinheit über ihren Festanschluß verbundenen Umschalteinheit, die zum Gewinnen des Digitalsignals der die Eingabeeinheit mit ei­ ner den Spannungswert von Null Volt aufweisenden Abgreif­ spannung und zum Erzeugen eines Prüfsignals der Digitalein­ gabebaugruppe die Eingabeeinheit mit einer den von Null Volt verschiedenen Spannungswert aufweisenden Prüfspannung beaufschlagt, und
• - einem in der Eingabeeinheit angeordneten Optokoppler,
  • 1. dessen Optokopplereingänge über eine Gleichrichter­ brücke mit den beiden Eingängen der Eingabeeinheit und
  • 2. dessen Optokopplerausgang mit dem Ausgang der Einga­ beeinheit in Verbindung stehen.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Digitaleingabe­ baugruppe besteht darin, daß sie auf ihre Zuverlässigkeit überwachbar ist und daher auch im Bereich des Eisenbahnwesens - beispielsweise bei Relaisstellwerken - einsetzbar ist, wo bekanntermaßen sehr hohe Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Die Überwachbarkeit der Zuverlässigkeit der Digital­ eingabebaugruppe beruht konkret darauf, daß sie durch die Umschalteinheit hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit regel­ mäßig getestet werden kann, indem nämlich mit Hilfe der Um­ schalteinheit an den weiteren Eingang der Eingabeeinheit statt der Abgreifspannung die Prüfspannung angelegt wird; dies funktioniert dabei in folgender Weise: Im normalen Be­ trieb - d. h. zum Abgreifen der an dem Kontakt des Signalge­ bers anliegenden Signalspannung und zum Gewinnen des Digitalsignals- wird an den weiteren Eingang der Eingabeeinheit mittels der Umschalteinheit eine Spannung von Null Volt angelegt, so daß die an dem einen Eingang der Eingabeeinheit anliegende Signalspannung über den Gleichrichter und den Optokoppler hinsichtlich ihrer binären Information unverändert zum Ausgang der Eingabeeinheit und damit zum Ausgang der Digitaleingabebaugruppe als Digitalsignal durchgeschaltet wird; im Prüfbetrieb hingegen wird mittels der Umschalteinheit an den weiteren Eingang der Eingabeeinheit die Prüfspannung angelegt, die von ihrem Span­ nungwert her der Signalspannung des Signalgebers im Falle ei­ ner logischen "1" entspricht. Dieses Umschalten an dem wei­ teren Eingang der Eingabeeinheit führt zu einem Wechsel der an den beiden Eingängen der Eingabeeinheit anliegenden Diffe­ renzspannung, was sich bei funktionsfähiger Digitaleingabe­ baugruppe in einem Wechsel des Ausgangssignals an dem Ausgang der Eingabeeinheit bzw. in dem Auftreten des Prüfsignals bemerkbar machen muß; das Prüfsignal entspricht also bezüglich seiner binären Information dem invertierten Digitalsignal. Liegt beispielsweise an dem Kontakt des Signalgebers ein Signal mit einer logischen "1" an, so entsteht nach dem Umschalten auf Prüfspannung durch die Umschalteinheit an den beiden Eingängen der Eingabeeinheit eine Spannungsdifferenz von 0 Volt, was in der Digitalein­ gabebaugruppe als logische "0" aufgefaßt wird, weil an den beiden Eingängen der Eingabeeinheit die gleichen Spannungen anliegen; nach dem Umschalten muß dann also an dem Ausgang der Eingabeeinheit ein Wechsel des Ausgangssignals erfolgen bzw. das Prüfsignal mit einer logischen "0" auftreten. Tritt das Prüfsignal nicht auf, so ist die Digitaleingabebaugruppe defekt. Entsprechend kann die Digitaleingabebaugruppe geprüft werden, wenn an dem Kontakt des Signalgebers eine logische "0" anliegt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Digitaleingabe­ baugruppe besteht darin, daß sie aufgrund der Gleichrichter­ brücke sowohl mit einer Signalwechselspannung als Signalspan­ nung als auch mit einer Signalgleichspannung als Signalspan­ nung betrieben werden kann, da durch die Gleichrichterbrücke zu dem Optokoppler stets eine ("positive") Gleichspannung übertragen wird; dies ist zum einen deshalb erforderlich, weil Digitaleingabebaugruppen an ihrem Ausgang üblicherweise als Digitalsignal ein Gleichspannungssignal abgegeben, aber zum anderen auch deshalb erforderlich, da Optokoppler in der Regel eingangsseitig eine Fotodiode aufweisen, die nicht in Sperrichtung betrieben werden kann. Der Optokoppler wiederum bietet den Vorteil, daß die DV-Anlage vor einer Überspannung an dem Kontakt des Signalgebers wirkungsvoll geschützt wird, was Schäden an der DV-Anlage ausschließt und die Zuver­ lässigkeit und damit die Betriebssicherheit der aus DV-Anlage und Digitaleingabebaugruppe gebildeten Abgreifeinheit deut­ lich erhöht.

Um zu erreichen, daß die erfindungsgemäße Digitaleingabebau­ gruppe auch bei Signalgebern eingesetzt werden kann, die wei­ tere Kontakte mit weiteren Signalspannungen zur Verfügung stellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Digitalein­ gabebaugruppe weitere der einen Eingabeeinheit entsprechende Eingabeeinheiten aufweist, an deren einen Eingang jeweils ein weiterer Kontakt des Signalgebers anschließbar ist, und deren weiterer Eingang jeweils mit der Umschalteinheit verbunden ist.

Wird die erfindungsgemäße Digitaleingabebaugruppe bei Re­ laisstellwerken eingesetzt, so wird die Digitaleingabebau­ gruppe an die Relaiskontakte des Relaisstellwerkes ange­ schlossen. Die Relaiskontakte sind üblicherweise über eine optische Anzeigevorrichtung mit Masse verbunden. Sollte dies im Einzelfall bei einzelnen Relaisstellwerken nicht der Fall sein, so können die fehlenden Anzeigemittel hinsichtlich ih­ rer elektrischen Wirkung auf die Digitaleingabebaugruppe da­ durch ersetzt werden, daß zwischen die beiden Eingänge der Eingabeeinheit eine elektrische Last - beispielsweise ein ohmscher Widerstand oder eine Konstantstromquelle - ge­ schaltet wird. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Digitaleingabebaugruppe besteht darin, daß diese sowohl bei Relaisstellwerken mit optischen Anzeigemitteln als auch ohne optischen Anzeigemitteln in gleicher Weise eingesetzt werden kann.

Um die Umschalteinheit besonders einfach und damit vorteil­ haft mit der Spannung von Null Volt und der von Null Volt verschiedenen Spannung versorgen zu können, wird es als vor­ teilhaft angesehen, wenn die Umschalteinheit über ihren einen belegbaren Anschluß mit Masse und über ihren anderen belegba­ ren Anschluß an eine Spannungsquelle des Signalgebers anschließbar ist, die die von Null Volt verschiedene Spannung abgibt.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in einer Figur ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Digitaleingabebaugruppe dargestellt.

Die Figur zeigt eine Digitaleingabebaugruppe 1 zum Gewinnen eines Digitalsignals aus einer an einem Kontakt 5 eines Si­ gnalgebers 10 anliegenden Signalspannung mit einer Eingabe­ einheit 15, an deren einen Eingang E15a der Kontakt 5 des Si­ gnalgebers 10 anschließbar ist bzw. in der Figur als ange­ schlossen dargestellt ist. Die Eingabeeinheit 15 weist einen Optokoppler 20 zur Potentialtrennung auf. Mit einem Opto­ kopplereingang E20a des Optokopplers 20 steht der eine Ein­ gang E15a der Eingabeeinheit 15 in Verbindung und mit einem weiteren Optokopplereingang E20b steht ein weiterer Eingang E15b der Eingabeeinheit 15 in Verbindung. Die Verbindung zwischen den beiden Eingängen E15a und E15b der Eingabeein­ heit 15 und den beiden Optokopplereingängen E20a und E20b des Optokopplers 20 wird durch eine Gleichrichterbrücke 25 gewährleistet. Mit dem weiteren Eingang E15b der Eingabeein­ heit 15 ist eine Umschalteinheit 30 mit einem Festanschluß E30a verbunden. Die Umschalteinheit 30 ist mittels ihres einen belegbaren Anschlusses E30b mit Masse als Abgreif­ spannung und mittels ihres anderen belegbaren Anschlusses E30c mit einer Prüfspannung verbunden, wobei die Prüfspannung dem Betrage nach der von dem Signalgeber 10 gelieferten von Null Volt verschiedenen Signalspannung entspricht; dies wird konkret dadurch erreicht, daß der andere belegbare Anschluß E30c der Umschalteinheit 30 mit der Spannungsquelle 35 in dem Signalgeber 10 verbunden ist. Der Signalgeber 10 weist elektrische Schalter 40 auf, die jeweils zwischen die Spannungsquelle 35 und den jeweiligen Kontakt des Signal­ gebers 10 geschaltet sind. Der Signalgeber 10 weist neben dem einen Kontakt 5 dabei weitere Kontakte 45 auf, mit denen weitere Signalspannungen übertragbar sind.

In der Figur sind darüber hinaus weitere Eingabeeinheiten 50 dargestellt, die von ihrem elektrischen Aufbau her der einen Eingabeeinheit 15 entsprechen und die jeweils mit ihrem einen Eingang E50a jeweils mit einem der weiteren Kontakte 45 des Signalgebers 10 verbunden sind.

Der Kontakt 5 und/oder die weiteren Kontakte 45 des Signalge­ bers 10 sind dabei Relaiskontakte eines als Signalgeber 10 arbeitenden Relaisstellwerkes.

Wie sich der Figur entnehmen läßt, sind zwischen den einen Kontakt 5 sowie die weiteren Kontakte 45 des Signalgebers 10 jeweils optische Anzeigemittel 55 geschaltet, die die Si­ gnalspannung an ihrem jeweiligen Kontakt visualisieren. Da es sich bei dem Signalgeber 10 um ein Relaisstellwerk handelt, sind die optischen Anzeigemittel 55 beispielsweise Lampen auf einer Signaltafel des Relaisstellwerkes.

Falls zwischen den einen Kontakt 5 und/oder die weiteren Kon­ takte 45 des Signalgebers 10 keine optischen Anzeigemittel geschaltet sein sollten, so können diese elektrisch durch ei­ nen ohmschen Widerstand zwischen den beiden Eingängen der Eingabeeinheit in der Digitalbaugruppe 1 ersetzt sein.

Mit der Digitaleingabebaugruppe 1 läßt sich aus einer binär kodierten Signalspannung (Wechsel- oder Gleichspannung) an dem Kontakt 5 ein Digitalsignal sowie aus weiteren derartigen Signalspannungen an den weiteren Kontakten 45 weitere Digitalsignale gewinnen und in eine DV-Anlage einspeisen; dafür wird die Digitaleingabebaugruppe 1 zwischen die Kontakte 5 und 45 und die DV-Anlage geschaltet. Zum DV­ seitigen Anschluß, d. h. zum Einspeisen der gewonnenen Digitalsignale in die DV-Anlage, dienen dabei Ausgänge A15a und AlSb der Eingabeeinheit 15 und Ausgänge A50a und A50b der weiteren Eingabeeinheiten 50.

Zum Einlesen der Signalspannung an den Kontakten 5 und 45 wird an die weiteren Eingänge E15b bzw. E50b der Eingabeein­ heiten 15 bzw. 50 eine Abgreifspannung von Null Volt ange­ legt, so daß sich zwischen den beiden Eingängen E15a und E15b der einen Eingabeeinheit 15 sowie jeweils zwischen den beiden Eingängen E50a und E50b der weiteren Eingabeeinheiten eine Spannung bildet, die der jeweiligen Signalspannung ent­ spricht, d. h. je nach Stellung des jeweiligen Schalters 40 gleich Null Volt oder gleich der von Null Volt verschiedenen Spannung der Spannungsquelle 35 ist. Die Spannungsquelle kann beispielsweise 60 V oder 24 V Gleichspannung oder auch 24 V Wechselspannung abgeben. Die zwischen den beiden Eingängen der jeweiligen Eingabeeinheit anliegende Spannung wird in der zugehörigen Gleichrichterbrücke gleichgerichtet und von dort zu dem jeweiligen Optokoppler übertragen, der eine Po­ tentialtrennung durchführt und ein dem binären Kode der Si­ gnalspannung des jeweiligen Kontaktes entsprechende Ausgangs­ spannung an den Ausgängen der Digitaleingabebaugruppe als Digitalsignal abgibt. Kurz gesagt wird die Signalspannung des jeweiligen Kontaktes also in der Digitaleingabebaugruppe gleichgerichtet und als Digitalsignal zum jeweiligen Ausgang der Digitaleingabebaugruppe durchgeschaltet.

Prüfen läßt sich die Funktionsweise der Digitaleingabebau­ gruppe 1, indem mit Hilfe der Umschalteinheit 30 der weitere Eingang E15b bzw. die weiteren Eingänge E50b der weiteren Eingabeeinheiten 50 mit der Spannungsquelle 35 verbunden wer­ den. In diesem Fall bildet sich zwischen den beiden Eingängen E15a und E15b der einen Eingabeeinheit 15 sowie jeweils zwi­ schen den beiden Eingängen E50a und E50b der weiteren Einga­ beeinheiten 50 eine Spannung, die bei einer Signalspannung ungleich Null Volt (Schalter 40 geschlossen) gleich Null Volt ist und bei einer Signalspannung gleich Null Volt (Schalter 40 offen) ungleich Null Volt ist; diese Änderung der Ein­ gangsspannung an den Eingabeeinheiten 15 und 50 muß sich bei funktionstüchtiger Digitaleingabebaugruppe 1 jeweils an den beiden Ausgängen der Eingabeeinheiten 15 und 50 durch einen Signalwechsel bemerkbar machen und zu einem Prüfsignal am Ausgang der jeweiligen Eingabeeinheit bzw. der Digitaleinga­ bebaugruppe 1 führen; das Prüfsignal ist also gleich dem invertierten Digitalsignal. Entsteht bei einer Signalspannung mit einer logischen "1" statt des Digitalsignals mit einer logischen "1" also kein Prüfsignal mit einer logischen "0", so ist die Digitaleingabebaugruppe 1 defekt, was durch ein entsprechendes in der DV-Anlage oder in einer nicht dargestellten Kontrolleinheit der Digitaleingabebaugruppe 1 erzeugtes Fehlersignal signalisiert werden kann; dabei können selbstverständlich Fehlersignale erzeugt werden, die erkennen lassen, welche der Eingabeeinheiten 15, 50 defekt sind.

Läßt sich bei einer Signalspannung ungleich Null Volt ("1") beim Umschalten der Umschalteinheit kein Fehler in der Digi­ taleingabebaugruppe feststellen, so kann anschließend geprüft werden, ob die optischen Anzeigemittel 55 defekt sind; bei offenem Schalter 40 (Signalspannung gleich Null Volt, "0") muß beim Anlegen der Prüfspannung an dem weiteren Eingang E15b der einen Eingabeeinheit 15 bzw. bei einem Anlegen der Prüfspannung an die weiteren Eingänge E50b der weiteren Eingabeeinheiten 50 nämlich ein Strom durch den jeweiligen Optokoppler 20 fließen, der in der zugeordneten Eingabeein­ heit 15 bzw. 50 als Signalwechsel erkannt wird, d. h. aus dem jeweiligen Digitalsignal "0" muß jeweils ein Prüfsignal "1" werden. Fließt bei funktionstüchtiger Digitaleingabebaugruppe hingegen kein Strom (kein Signalwechsel und auch kein Auftreten des Prüfignals), so muß das jeweilige optische Anzeigemittel defekt sein.

Wie in der Figur dargestellt, können noch weitere Umschalt­ einheiten 70 in der Digitaleingabebaugruppe 1 enthalten sein, die genau wie die eine Umschalteinheit 30 arbeiten und an ei­ gene in der Figur nicht dargestellte Eingabeeinheiten ange­ schlossen sind. Sind mehrere Umschalteinheiten 70 vorhanden, so können diese zeitlich nacheinander betätigt und die Si­ gnalpegelwechsel an den Ausgängen der Eingabeeinheiten beob­ achtet werden. Bei funktionstüchtiger Digitaleingabebaugruppe 1 dürfen nur an Eingabeeinheiten der jeweils betätigten Um­ schalteinheit Signalpegelwechsel auftreten; treten hingegen zusätzlich auch an Eingabeeinheiten einer oder mehrerer ande­ rer Umschalteinheiten Signalpegelwechsel auf, so liegt ein unerwünschtes "Übersprechen" von Signalen einer Umschaltein­ heit zu einer anderen vor, was wiederum durch entsprechende Fehlersignale angezeigt werden kann.

Claims (4)

1. Digitaleingabebaugruppe (1) für eine DV-Anlage zum Gewin­ nen eines Digitalsignals aus einer an einem Kontakt (5) eines Signalgebers (10) anliegenden, binär kodierten Si­ gnalspannung, die im Falle einer logischen "1" einen von Null Volt verschiedenen Spannungswert und im Falle einer logischen "0" einen Spannungswert von Null Volt aufweist, mit

• 1. einer Eingabeeinheit (15), an deren einen Eingang (E15a) der Kontakt (5) des Signalgebers (10) und an deren Ausgang (A15a) die DV-Anlage anschließbar ist,
• 2. einer mit einem weiteren Eingang (E15b) der Eingabeeinheit (15) über ihren Festanschluß (E30a) verbundenen Umschalt­ einheit (30), die zum Gewinnen des Digitalsignals die Ein­ gabeeinheit (15) mit einer den Spannungswert von Null Volt aufweisenden Abgreifspannung und zum Erzeugen eines Prüfsi­ gnals der Digitaleingabebaugruppe die Eingabeeinheit (15) mit einer den von Null Volt verschiedenen Spannungswert aufweisenden Prüfspannung beaufschlagt, und
• 3. einem in der Eingabeeinheit (15) angeordneten Optokoppler (20),
  • 1. dessen Optokopplereingänge (E20a, E20b) über eine Gleichrichterbrücke (25) mit den beiden Eingängen (E15a, E15b) der Eingabeeinheit (15) und
  • 2. dessen Optokopplerausgang mit dem Ausgang (A15a) der Eingabeeinheit (15) in Verbindung stehen.

2. Digitaleingabebaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Digitaleingabebaugruppe (1) weitere der einen Eingabe­ einheit (15) entsprechende Eingabeeinheiten (50) aufweist,
  • 1. an deren einen Eingang (E50a) jeweils ein weiterer Kontakt (45) des Signalgebers (10) anschließbar ist, und
  • 2. deren weiterer Eingang (E50b) jeweils mit der Um­ schalteinheit (30) verbunden ist.

3. Digitaleingabebaugruppe nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. zwischen die beiden Eingänge mindestens einer Eingabeein­ heit eine elektrische Last geschaltet ist, die hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften ein optisches Anzeigemit­ tel eines Relaisstellwerkes nachbildet.

4. Digitaleingabebaugruppe nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinheit (30) über ihren einen belegbaren Anschluß (E30b) mit Masse und über ihren anderen belegbaren Anschluß (E30c) an eine Spannungsquelle (35) des Signalgebers (10) anschließbar ist, die die von Null Volt verschiedene Spannung abgibt.