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Dokumentenidentifikation DE19935591A1 15.02.2001
Titel Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge
Anmelder Wiesemann & Theis GmbH, 42279 Wuppertal, DE
Erfinder Wiesemann, Reinhard, 45279 Essen, DE
Vertreter COHAUSZ & FLORACK, 40472 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 02.08.1999
DE-Aktenzeichen 19935591
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse H03K 17/18
IPC additional class // G06F 3/00  
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge mit mindestens einem mit einem elektrischen Ausgang verbindbaren Eingangskontakt (3), einem binären Ausgang (4) und Mitteln (5) zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt (3) verbindbaren elektrischen Ausgangs (1). Eine derartige Eingangsschaltung ist erfindungsgemäß im Hinblick auf einen einfachen, universellen Anschluß dadurch vorteilhaft ausgestaltet, daß die Mittel (5) zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung (6) und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung (6) binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung (7) aufweisen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge mit mindestens einem mit einem binären elektrischen Ausgang verbindbaren Eingangskontakt, einem binären Ausgang und Mitteln zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt verbindbaren elektrischen Ausgangs.

Derartige Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt. Sie dienen in der Regel einer galvanischen Trennung zwischen einem binären elektrischen Ausgang eines Gerätes und einem binären Eingang eines die binäre Information verarbeitenden oder übertragenden Systems. Als Geräte mit einem binären elektrischen Ausgang kommen beispielsweise solche in Frage, die mindestens einen, nicht notwendigerweise potentialfreien Kontakt als Ausgang haben. Bei diesem Kontakt kann es sich sowohl um rein mechanische, passive Kontakte, wie beispielsweise Türkontakte, Schwimmschalter, Endkontakte, oder auch elektrisch betätigte, passive Kontakte, wie zum Beispiel Relais, handeln. Weiter kommen batteriebetriebene Geräte in Frage, die zum Beispiel einen Piezo-Signalgeber mit 1 V und 1 kHz pulsierender Gleichspannung betreiben. Auch Geräte, die etwa eine 12 V Sirene mit Gleichspannung versorgen, oder solche, die eine 230 V Signallampe mit 50 Hz versorgen, kommen in Frage.

Es besteht nun bekanntermaßen das Bedürfnis, die beschriebenen oder ähnliche Geräte an Systeme zur Informationsverarbeitung oder Informationsübertragung, wie beispielsweise elektrische Datenverarbeitungsanlagen, Bussysteme, speicherprogrammierbare Steuerungen, Datenübertragung per Funk, Ankopplung an das Telefonnetz zur Informationsweitergabe usw., anzukoppeln.

Aus dem Stand der Technik sind hierzu Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge bekannt, die angepaßt an die von den Geräten an ihrem Ausgang gelieferten binären Signale eine Vermittlung dieser binären Signale an Systeme zur Informationsverarbeitung oder -übertragung ermöglichen. Diese bekannten Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge sind an eine der drei gängigen Ausgangsbeschaltungen der elektrischen Geräte mit mindestens einem binären elektrischen Ausgang angepaßt. Diese Ausgangsbeschaltungen lassen sich in drei Klassen unterteilen. Ein elektrischer Ausgang mit passiven Kontakten stellt die binäre Information durch die Zustände Hochohmig oder Niederohmig dar. Elektronische Gegentaktausgänge stellen die binäre Information durch die Zustände 0 V oder Fremdspannung dar. Geschaltete Spannungsquellen schließlich stellen die binären Informationen als die Zustände Hochohmig oder Fremdspannung dar. Die Fremdspannung liegt bei den bekannten Geräten üblicherweise im Bereich von 1 V bis 230 V Gleich- oder Wechselspannung.

Dadurch, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Eingangsschaltungen für binäre elektrische Ausgänge jeweils an die die binäre Information darstellenden Zustände des anzuschließenden elektrischen Ausgangs eines Gerätes angepaßt sind, ergibt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Eingangsschaltungen. Dies führt zu einer unerwünschten Typenvielfalt einerseits und einer geringen Anwenderfreundlichkeit, da der Installateur stets die zu dem binären elektrische Ausgang passende Eingangsschaltung zum Anschluß an Information verarbeitende oder weiterleitende Systeme gezielt auswählen muß.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge zur Verfügung zu stellen, die eine Unterstützung aller gängigen binären elektrischen Ausgänge elektrischer Geräte bietet.

Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mittel zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung aufweisen. Dadurch, daß die erfindungsgemäße Eingangsschaltung sämtliche möglichen Zustände an binären elektrischen Ausgängen eines elektrischen Gerätes erkennen kann, ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Eingangsschaltung universell mit beliebigen elektrischen Ausgängen beliebiger Geräte verbunden werden kann und an ihrem eigenen Ausgang einem System zur Informationsverarbeitung oder Informationsübermittlung den binären Zustand in gewünschter Form mitteilen kann. Hierdurch ist die unerwünschte Typenvielfalt beseitigt und eine sehr hohe Anwendungsfreundlichkeit gewährleistet, da eine einzige Eingangsschaltung an beliebige elektrische Ausgänge angeschlossen werden kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge weist gemäß einer ersten Ausgestaltung die die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung eine Stromquelle, einen den über den Eingangskontakt fließenden Strom messenden Strommesser und einen die Spannung am Eingangskontakt messenden Spannungsmesser auf. Mit einer solchen Meßeinrichtung sind bei geeigneter Beschaltung die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung eindeutig meßbar.

In der nun folgenden Tabelle sind für die eingangs erwähnten drei Typen elektrischer Ausgänge die eine binäre Information wiedergebenden Zustände dargestellt:





In dieser Tabelle sind die am Eingangskontakt anliegende Spannung mit UE, die von der in der Meßeinrichtung angeordneten Stromquelle maximal gelieferte Spannung mit UImax und die von dem elektrischen Ausgang des Gerätes gelieferte Spannung mit UA bezeichnet.

Die Zuordnung der Zustände 1 und 2 zu den binären Information Ruhezustand und Alarmzustand entspricht der üblichen Praxis. Eine entsprechende Zuordnung ist vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung vorzunehmen, so daß sich eine Invertierung in den Systemen zur Informationsverarbeitung oder Informationsübertragung erübrigt. Aus der dargestellten Tabelle wird deutlich, daß der Zustand Fremdspannung eindeutig dem binären Alarmzustand entspricht. Der Zustand Hochohmig entspricht eindeutig dem binären Ruhezustand. Demgegenüber ist der Zustand Niederohmig ohne mindestens eine Zustandsänderung nicht eindeutig einem binären Zustand zuordnenbar. Um zu vermeiden, daß bei unmittelbar nach dem Anschluß einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung anliegendem Zustand Niederohmig Fehlinterpretationen entstehen, ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß die Auswerteeinrichtung dem Zustand Niederohmig vor einer ersten Zustandsänderung als nicht definiert interpretiert. Diese Interpretation sollte in der Regel dazu führen, daß am Ausgang der Eingangsschaltung der binäre Ruhezustand ausgegeben wird. Der korrekte Zustand liegt in diesem Fall erst nach der ersten Zustandsänderung vor. Dies ist akzeptabel, da der Nutzen der einfachen Installation und der universellen Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung überwiegt. In der Praxis wird ein neu installiertes Geräte ohnehin getestet, wodurch Zustandsänderungen auftreten, die die korrekte Zuordnung der binären Zustände ermöglichen.

Um zu verhindern, daß die an den Eingangskontakt angeschlossenen elektrischen Geräte nicht durch einen Rückstrom in ihren Ausgang beschädigt werden können, ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung dadurch weitergebildet, daß die Maximalspannung der Stromquelle kleiner als die kleinste zu erwartende, vom binären elektrischen Ausgang gelieferte Spannung, insbesondere kleiner als die Durchbruchspannung eines Siliziumbauelementes, ist. Durch die Begrenzung der Maximalspannung auf die kleinste zu erwartende, vom binären elektrischen Ausgang des angeschlossenen Gerätes gelieferte Spannung wird verhindert, daß der von der Stromquelle der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung gelieferte Strom in die Versorgung des angeschlossenen Gerätes eingespeist wird. In diesem Fall könnte eine Situation entstehen, in der das angeschlossene elektrische Geräte selbst weniger Strom verbraucht als über den Ausgang eingespeist wird, so daß die Versorgungsspannung ansteigen und das Gerät zerstören könnte.

Die Begrenzung der Maximalspannung der Stromquelle auf eine Spannung kleiner als die Durchbruchspannung eines Siliziumbauelementes erlaubt den Einsatz an Ausgängen von elektrischen Geräten, die elektronische Schalter besitzen. Ohne eine solche Begrenzung könnte ein Fehlverhalten eines solchen Schalters auftreten, da bei dessen Konstruktion in der Regel nicht davon ausgegangen wird, daß eine Spannung rückwärtig eingespeist wird, so daß nur Spannungen von weniger als der Durchbruchspannung von Silizium unschädlich eingespeist werden können. In diesem Zusammenhang bietet sich eine Begrenzung der Maximalspannung auf rund 0,7 V an, die in aller Regel auch für Geräte ohne elektronische Schalter in der Ausgangsbeschaltung unschädlich ist.

Dadurch, daß als Stromquelle vorzugsweise eine Batterie vorgesehen ist, entfällt einerseits die Notwendigkeit die erfindungsgemäße Eingangsschaltung mit einer externen Stromquelle zu verbinden und ist andererseits gewährleistet, daß die gewünschte Maximalspannung eingehalten ist.

Ist die Stromquelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung als getaktete Stromquelle ausgeführt, können zwei weitere Vorteile gewährleistet werden. Jedenfalls senkt man durch die Ausführung der Stromquelle als getaktete Stromquelle den Stromverbrauch der Schaltung. Ergänzend hierzu kann man die erfindungsgemäße Eingangsschaltung mit einer getakteten Stromquelle in mehreren Phasen arbeiten lassen. In einer Phase wird versucht, einen Strom in eventuell angeschlossene passive Kontakte einzuprägen, während in einer anderen Phase die Stromquelle abgeschaltet ist und geprüft wird, ob eventuell eine Fremdspannung anliegt.

Alternativ oder kumulativ zur Ausführung der Stromquelle als getaktete Stromquelle ist eine erfindungsgemäße Eingangsschaltung dadurch weiter ausgestaltet, daß die Stromquelle als geschaltete Stromquelle ausgeführt ist, die gestaltete Stromquelle über eine Kapazität mit dem Eingangskontakt verbunden ist und die Meßeinrichtung Mittel zur Messung der nach dem Einschalten der Stromquelle über die Kapazität fließenden Ströme aufweist. Durch die beim Schalten einer Stromquelle über eine Kapazität in einen elektrischen Ausgang fließenden Stromtransienten läßt sich bei geeigneter Beobachtung dieser Stromtransienten der Zustand des mit dem Eingangskontakt der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung verbundenen elektrischen Ausgang feststellen. Je kleiner man die Kapazität zwischen der geschalteten Stromquelle und dem Eingangskontakt wählt, umso kleiner sind die Rückwirkungen einer Fremdspannung auf eine erfindungsgemäße Eingangsschaltung. Die Ausführung der Stromquelle als geschaltete Stromquelle gewährleistet eine sehr niedrige Verlustleistung, einen niedrigen Stromverbrauch, einen hohen Abfragestrom am Eingangskontakt und gleichzeitig einen sehr geringen Bauteileaufwand.

Alternativ zur Ausführung der Stromquelle als geschaltete Stromquelle ist die Stromquelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung als Wechselstromquelle ausgeführt und koppelt eine Wechselspannung zur Stromversorgung kapazitiv ein. Der Vorteil der Ausführung der Stromquelle als Wechselstromquelle mit vorzugsweise relativ hoher Frequenz liegt darin, daß es erwünscht ist, den Schaltzustand eines passiven Kontaktes über einen relativ hohen Strom zu ermitteln. Umgekehrt soll jedoch in einem Fall, in dem kein passiver Kontakt, sondern ein aktiver Spannungsausgang an den Eingangskontakt der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung angeschlossen ist, nur eine möglichst geringe Verlustleistung in der Stromquelle entstehen. Im Falle einer am Eingangskontakt anliegenden Fremdspannung ist also erwünscht, daß von der Stromquelle ein kleinerer Strom eingespeist wird. Beide Ziele werden durch die Verwendung einer Wechselstromquelle als Stromquelle der Meßeinrichtung erreicht. Würde man z. B. einen eventuell vorhandenen passiven Kontakt mit 10 mA DC-Strom beaufschlagen, so würden diese 10 mA auch dann fließen, wenn statt des passiven Kontaktes eine 230 V Spannungsquelle angeschlossen ist. Im letzten Fall hätte man also unerwünschterweise 2,3 W Verlustleistung. Dadurch, daß gemäß der hier beschriebenen Ausgestaltung eine Stromquelle vorgesehen ist, die beispielsweise 10 kHz AC- Strom liefert und eine Wechselspannung zur Stromversorgung kapazitiv einkoppelt, ist gewährleistet, daß die Verlustleistung deutlich reduziert ist. Ein Koppelkondensator zur Einkopplung der hohen Frequenz der Stromquelle ist bei dieser hohen Frequenz viel Niederohmiger als bei einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz einer eventuellen Fremdspannung. Im Ergebnis ist durch diese Maßnahme gewährleistet, daß der gewünschte Strom, der von der Stromquelle bei einem angeschlossenen passiven Kontakt um den Faktor 10 kHz/50 Hz = 200fach größer ist als der unerwünschte Strom, der bei einer anliegenden Fremdspannung entsteht.

Ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung unmittelbar mit einem System zur Informationsverarbeitung verbunden, so ist es vorteilhaft, wenn, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung, zwischen dem Eingangskontakt und dem Ausgang Mittel zur galvanischen Trennung vorgesehen sind.

Besonders vorteilhaft werden diese Mittel zur galvanischen Trennung dadurch zur Verfügung gestellt, daß die Auswerteeinrichtung die binären Zustände kapazitiv in den binären Ausgang einkoppelt. Diese kapazitive Einkopplung läßt sich besonders einfach herstellen.

Weiter bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung dadurch, daß die zur kapazitiven Kopplung der Wechselstromquelle einerseits und/oder der binären Zustände andererseits benötigten Kapazitäten als Leiterflächen einer die Eingangsschaltung tragenden Leiterplatte ausgebildet sind. In diesem Fall lassen sich die erwünschten Kapazitäten sehr einfach herstellen.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung,

Fig. 2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung und

Fig. 6 schematisch die Darstellung einer Leiterplatte zur Verwendung in dem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung.

Das in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung weist einen mit einem binären elektrischen Ausgang 1 eines eventuell auch passiven elektrischen Gerätes 2 verbundenen Eingangskontakt 3, einen binären Ausgang 4 und Mittel 5 zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt 3 verbindbaren elektrischen Ausgangs 1 auf. Erfindungsgemäß weisen die Mittel 5 zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung 6 und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung 6 binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung 7 auf.

Die Meßeinrichtung 6 weist eine Stromquelle 8, einen den über den Eingangskontakt 3 fließenden Strom messenden Strommesser 9 und einen die Spannung am Eingangskontakt 3 messenden Spannungsmesser 10 auf.

Mit Hilfe des Spannungsmessers 10 kann der Zustand UE = Fremdspannung detektiert werden. Mit Hilfe des Strommessers 9 können die Zustände Hochohmig oder Niederohmig detektiert werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung ist wie folgt aufgebaut. Die Widerstände 11, 12, 13, 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler, der so dimensioniert ist, daß die an den Knotenpunkten eingetragenen Potentiale auftreten. Die erste Klemme 16 des zu überwachenden elektrischen Ausgangs 1 ist direkt mit dem 1 V-Potential des durch die Widerstände 11, 12, 13, 14, 15 gebildeten Spannungsteilers verbunden. Die zweite Klemme 17 des Ausgangs 1 ist über den Widerstand 18 mit dem 1,7 V- Potential des Spannungsteilers verbunden. UE ist definiert als die Spannung zwischen den Klemmen 16 und 17. Die bislang beschriebenen Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung bilden eine Stromquelle, deren Maximalspannung auf 0,7 V und deren Maximalstrom auf 0,7 V dividiert durch den Widerstandswert des Widerstandes 18 begrenzt ist. Dabei wird der Widerstand 18 so groß gewählt, daß bei der größten zulässigen an den Klemmen 16, 17 anliegenden Fremdspannung UA immer noch ein deutlich kleinerer Strom durch den Widerstand 18 fließt, als der Querstrom durch den genannten Spannungsteiler. Der Widerstand 18 kann auch durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. Der Widerstand 19 wird groß gegenüber dem Widerstand 18 dimensioniert und hat die Aufgabe, minimale Leckströme abzuleiten, die von nicht perfekt schaltenden Ausgängen 1 generiert werden können.

Über den für alle Komparatoren 20, 21, 22 gemeinsamen, sehr Hochohmigen Vorwiderstand 23 wird das an der Klemme 17 anliegende Potential allen drei Komparatoren 20, 21, 22 zur Verfügung gestellt.

Berücksichtigt man nun, daß die Klemme 16 auf 1 V- Potential liegt, dann vergleicht der Komparator 21 die an der Klemme 17 anliegende Spannung mit dem 1,3 V-Potential und liefert somit das Signal UE > 0 V. Hierbei gelten Spannungen unter 0,3 V in diesem Fall als 0 V, um nichtperfekte Schaltzustände des Ausgangs 1 zu kompensieren. Der Komparator 20 vergleicht mit dem 1,7 V-Potential und liefert das Signal UE > 0,7 V und der Komparator 22 vergleicht mit dem 0,7 V-Potential und liefert das Signal UE < 0 V. Dieser Komparator 22 erlaubt es, die Fremdspannung UA mit beliebiger Polarität anzuschließen - auch hier werden Spannungen 0 > UE > -0,3 V als UE = 0 V interpretiert.

Dem angeschlossenen Mikroprozessor bzw. einer kleinen Logikschaltung 24 stehen im Ergebnis alle Signale zur Verfügung, um daraus die drei Zustände Fremdspannung, Hochohmig oder Niederohmig erkennen zu können, die für die Anwendung der oben genannten drei Kriterien notwendig sind, um am Ausgang 4 das entsprechende binäre Signal zu erzeugen. Dabei bedient sich der Mikroprozessor 24 einer fest eingestellten Minimalzeit t, die dazu dient, pulsierende Signale, die durch angelegte Wechselspannung oder pulsierende Gleichspannungen UA verursacht werden können, korrekt auswerten zu können. Diese Auswertung umfaßt die folgenden Schritte:

  • 1. Alarmzustand beginnt, wenn das Signal UE > 0,7 V oder das Signal UE < 0 V wahr ist.
  • 2. Ruhezustand beginnt, wenn während einer Zeit t die Signale UE > 0,7 V und UE < 0 V unwahr bleiben und das Signal UE > 0 V wahr bleibt.
  • 3. Der aktuelle Zustand wird gewechselt, wenn während einer Zeit t die Signale UE < 0 V und UE > 0 V unwahr bleiben.

Kriterien für die Dimensionierung der Zeit t sind bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung die Frequenz der Netzspannung, die darauf zu unterdrückenden Schaltspitzen und die gewünschte Geschwindigkeit, mit der Zustandsänderungen erkannt werden sollen.

Das in Fig. 3 in einem Blockschaltbild dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Stromquelle 8 als Wechselstromquelle ausgeführt ist und über eine Kapazität 25 mit dem Eingangskontakt 3 verbunden ist. Hierdurch wird der gewünschte Effekt erzielt, daß der gewünschte Strom für den Fall eines passiven Ausgangs 1 um ein vielfaches größer ist als der unerwünschte Strom für den Fall eines eine Fremdspannung liefernden Ausgangs 1. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß es sich gezeigt hat, daß man die Mittel zur Detektion derartig stromsparend gestalten kann, daß sie ohne weiteres kapazitiv mit Energie versorgt werden kann. Die Schaltung kann zumindest mit Strömen von etwa 10 µA betrieben werden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist die Basis für die geschaltete Stromquelle als geschaltete Spannungsquelle 26 ausgeführt. Die geschaltete Spannungsquelle 26 ist über eine Kapazität 27 mit den mit der zweiten Klemme 17 verbundenen Eingangskontakt 3 verbunden. Die die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung 6 weist zur Messung der nach dem Einschalten der geschalteten Spannungsquelle 26 über die Kapazität 27 fließenden Ströme Widerstände 28, 29, 30 und 31 auf. Darüber hinaus weist die Meßeinrichtung 6 einen Spannungsmesser 32 auf.

Im Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltung ist der Kondensator 27 über den hochohmigen, parallel geschalteten Widerstand 29 im Ruhezustand entladen. Schaltet man nun die Spannungsquelle 26 auf einen High- Pegel, so wird eine geschaltete Stromquelle durch die geschaltete Spannungsquelle 26 in Verbindung mit dem von den Widerständen 28 und 31 gebildeten Spannungsteiler hergestellt. Die Widerstände 28 und 31 begrenzen die Spannung am Schaltungspunkt 33 auf 0,7 V. Der Kondensator 27 wirkt zunächst wie ein Kurzschluß. Der gesamte Strom der aus der Spannungsquelle 26 und den Widerständen 28 und 31 gebildeten geschalteten Stromquelle wird in die zweite Klemme 17 eingespeist, wodurch der aus den Widerständen 28 und 31 bestehende Spannungsteiler jedoch nur dann belastet wird, wenn ein passiver Kontakt zwischen der ersten Klemme 16 und der zweiten Klemme 17 angeschlossen und geschlossen ist. Über den Widerstand 30 koppelt man die am Schaltungspunkt 33 anliegende Spannung an den Spannungsmesser 32. Dieser Spannungsmesser 32 stellt den durch den Stromfluß in die zweite Klemme 17 verursachten Spannungsabfall fest. In dem Fall, in dem die erste Klemme 16 und die zweite Klemme 17 über einen geschlossenen passiven Kontakt direkt miteinander verbunden sind, ist im Zeitpunkt des Einschaltens der geschalteten Spannungsquelle 26 ein deutlicher Spannungsabfall meßbar. Wichtig ist hierbei, daß der Spannungsmesser 32 den Spannungsabfall schneller abtastet, als der Kondensator 27 sich auflädt, d. h. solange der Kondensator 27 noch als Kurzschluß wirkt. Durch diese schnelle Abtastung kann der Kondensator 27 so klein gehalten werden, daß für den Fall, daß zwischen den Klemmen 16, 17 eine Fremdspannung anliegt, kein nennenswerter Rückstrom fließt. Bei dem dargestellten vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung besteht ein Zusammenhang dahingehend, daß je schneller nach dem Einschalten der geschalteten Stromquelle die Spannung am Schaltungspunkt 33 abtastbar ist, desto kürzer kann die Stromquelle eingeschaltet werden und desto kleiner kann auch die Kapazität 27 gewählt werden. Je kleiner die Kapazität 27 ist, desto geringer sind die Rückwirkungen einer zwischen den Klemmen 16, 17 anliegenden Fremdspannung auf die erfindungsgemäße Eingangsschaltung.

Bei der Detektion der Zustände des an den Klemmen 16, 17 vorhandenen elektrischen Ausgangs eines Gerätes wirkt der Widerstand 29 doppelt. Er sorgt einmal dafür, daß sich die. Kapazität 27 zwischen zwei Abtastvorgängen entlädt. Zum anderen koppelt er eine zwischen den Klemmen 16, 17 anliegende Fremdspannung an den Schaltungspunkt 33, die nun über den Widerstand 30 an den Spannungsmesser 32 angekoppelt ist und dort gemessen werden kann. Der Widerstand 30 schützt den Spannungsmesser 32 vor kurzzeitigen Spannungsspitzen, die über die Kapazität 27 an den Schaltungspunkt 33 gelangen könnten.

Im Ergebnis lassen sich also mit dem in der Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung eindeutig detektieren. Dabei tritt eine sehr geringe Verlustleistung, ein sehr niedriger Stromverbrauch bei gleichzeitig hohem Abfragestrom auf. Darüber hinaus ist der Bauteileaufwand für das vierte Ausführungsbeispiel denkbar gering.

In Fig. 5 der Zeichnung ist ein fünftes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die kapazitive Versorgung der Auswerteschaltung mit Energie und die kapazitive Einkopplung des binären Signals in den Ausgang 4 dargestellt ist. Die Bestandteile des fünften Ausführungsbeispiels, die im weiteren nicht näher beschrieben werden, stimmen mit denen des ersten und dritten Ausführungsbeispiels überein und sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird die von einer Wechselspannungsquelle 34 gelieferte Wechselspannung zur Stromversorgung über Kapazitäten 35, 36 angekoppelt. Die Information über den erfindungsgemäß ermittelten am Eingangskontakt 3 anliegenden binären Zustand wird ebenfalls kapazitiv über eine Kapazität 37, und damit galvanisch entkoppelt, in den binären Ausgang 4 eingekoppelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltung lediglich eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 38 hinzugefügt.

In Fig. 6 ist schließlich die besonders vorteilhafte Ausgestaltung des fünften Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die zur kapazitiven Kopplung notwendigen Kapazitäten durch einfache Kupferfläche 39 bis 44 auf zwei Seiten oder auf zwei unterschiedlichen Lagen einer Leiterplatte 45 einer gedruckten Schaltung realisiert sind. Hierbei ergeben sich die in Fig. 5 dargestellten Kapazitäten 35, 36, 37 aus den Kupferflächenpaaren 39, 40 bzw. 41, 42 bzw. 43, 44. Das Material der Leiterplatte 37 dient hier als Isolator zwischen den Kupferflächen.


Anspruch[de]
  1. 1. Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge mit mindestens einem mit einem elektrischen Ausgang verbindbaren Eingangskontakt (3), einem binären Ausgang (4) und Mitteln (5) zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt (3) verbindbaren elektrischen Ausgangs (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5) zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung (6) und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung (6) binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung (7) aufweisen.
  2. 2. Eingangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) eine Stromquelle (8), einen den über den Eingangskontakt (3) fließenden Strom messenden Strommesser (9) und einen die Spannung am Eingangskontakt (3) messenden Spannungsmesser (10) aufweist.
  3. 3. Eingangsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (7) den Zustand Hochohmig als Ruhezustand und den Zustand Fremdspannung als Alarmzustand interpretiert.
  4. 4. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (7) den Zustand Niederohmig vor einer ersten Zustandsänderung als nicht definiert interpretiert.
  5. 5. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalspannung der Stromquelle (8) kleiner als die kleinste zu erwartende, vom binären elektrischen Ausgang (1) gelieferte Spannung, insbesondere kleiner als die Durchbruchsspannung eines Siliziumbauelementes, ist.
  6. 6. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle (8) eine Batterie vorgesehen ist.
  7. 7. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (8) als getaktete Stromquelle ausgeführt ist.
  8. 8. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle als geschaltete Stromquelle (26, 28, 31) ausgeführt ist, die geschaltete Stromquelle (26, 28, 31) über eine Kapazität (27) mit dem Eingangskontakt (3) verbunden ist und die Meßeinrichtung (6) Mittel (32, 30) zur Messung der nach dem Einschalten der Stromquelle (26, 28, 31) über die Kapazität (27) fließende Ströme aufweist.
  9. 9. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (8) als Wechselstromquelle ausgeführt ist und die Stromquelle (8) eine Wechselspannung zur Stromversorgung kapazitiv einkoppelt.
  10. 10. Eingangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangskontakt (3) und dem Ausgang (4) Mittel zur galvanischen Trennung vorgesehen sind.
  11. 11. Eingangsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (7) die binären Zustände kapazitiv in den binären Ausgang (4) einkoppelt.
  12. 12. Eingangsschaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur kapazitiven Kopplung benötigten Kapazitäten (35, 36, 37) als Leiterflächen (39-44) einer die Eingangsschaltung tragenden Leiterplatte (45) ausgebildet sind.






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