专利名称：用于诊断电连接线路的方法和输出组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于诊断通向负载的电连接线路的方法，其中通过第一输出组件 的第一输出端提供第一电压和通过第二输出组件的第二输出端提供第二电压以用于控制 负载，在第一步骤中，在第一输出组件中通过第一输出端执行对电连接线路的检验。此外本发明涉及一种输出组件，具有第一输出端，该第一输出端为了控制负载设 计带有第一电压；用于控制开关设备的控制设备，该开关设备连接第一输出端；和用于产 生测量值的测量设备。
背景技术：
这样的方法和组件例如应用在数字输出组件中，其中电连接线路的诊断优选地涉 及断线识别。特别在失效保护的装置中、例如在自动化技术中，可靠的断线识别具有重要的 作用。一方面必须确保过程的安全性并且另一方面必须确保例如进行过程操作的人员的身 体和生命的安全。此外在该安全应用中，冗余地连接输出组件具有另外重要的作用。如果 在抗干扰地运行时在正常运行中并不需要技术系统的功能相同的或可比较的资源，则冗余 在自动化技术的领域中意味着这些资源的存在。为了确保冗余地运行，因此存在至少两个 系统或两个输出组件。基于两个自动化组件的冗余连接的系统根据现有技术已知的是，例如用于驱动负 载的两个数字输出组件利用其输出端并联于负载，从而如果一个输出组件发生故障，则确 保通过另一个组件为负载供电。在此，两个输出组件设计有断线识别。对于这种情况，即两 个组件中任一个应识别通向负载的断线，该组件通过在另外的组件的冗余连接的输出组件 之间的单独的通信接口对这种情况进行报告。因此不利之处在于，在组件之间必须为通信 设置附加的布线。因为也必须为提到的组件供给工作电压，所以进一步不利的是，在冗余的 连接中、特别是当电源电压波动时，可能导致了，尽管不存在真正的断线，但能提前对断线 识别进行诊断。
发明内容
本发明的目的是在冗余连接的输出组件中放弃用于在两个组件之间通信的附加 的布线。对于该方法的、带有权利要求1的前序部分所述的特征的解决办法根据本方法由 此给出，即在第二步骤中，在第一输出组件中评估电流并且由此获得的测量值经受检验标 准，其中检验标准的满足首先在第一输出组件中记录为诊断错误；并且然后在第三步骤中 在等待时间的持续时间内，第二输出组件这样地运行，即切断在第二输出端上的第二电压 一个断路时间的持续时间；其中在第四步骤中在第一输出组件中重新评估电流并且由此获 得的测量值重新经受检验标准，其中在满足的检验标准继续存在时，第一输出组件产生故 障信号。在该方法中，输出组件优选地冗余连接，在该冗余连接中有利的是，如果第一输出 组件识别了假定的诊断错误、优选的是断线识别，即这并不马上导致故障信号减少，因为可能的是，错误地、例如基于电压波动而触发对诊断错误的识别。为了可靠地检验诊断错误的 这种触发的错误信号，第二输出组件在预定的时间中在其输出端切断其电压，从而不再有 电流能从该输出组件流过负载。在断路时间的持续时间中，用于负载的电流转移通过第一 输出组件进行。对于这种情况，即可以利用测量装置测定的电流继续流动，第一组件可以可 靠地表明，不存在断线。如果在断路时间期间也没有电流流过，那么带有检验标准的评估表 明，即检验标准继续被满足并且因此产生故障信号。在本方法的一个有利的实施方式中，对于不再满足检验标准的情况，再次取消 (zurilckgenommen)诊断错误。特别在错误触发诊断错误时，例如通过不同的负载电压、较小 的负载电流、彼此独立工作的冗余电源、通向负载的在供电线路上的电压降，可以再一次检 验这种错误触发，并且如果仍然不存在断线，则再次取消对于断线的诊断错误并且该过程 可以正常地继续进行。通过该方法步骤，对于错误地识别断线的情况，不会导致不必要的过 程中断。另外有利的是，在断路时间的持续时间期间，第一组件承担对负载的控制。该方法进一步由此优化，即在等待时间的持续时间内通过对电流重复地进行评估 而由此获得的测量值周期地经受检验标准。如果应错误地触发诊断错误，那么诊断错误可 以通过周期地测试在等待时间内被多次地检查，并且对于不再满足检验标准的情况可以取 消诊断错误。短时间地触发检验标准例如可以通过EMV-干扰或在电线上的电压峰值来实 现。优选地，将测量值降低到极限值以下用作为检验标准。因此以有利的方式从电阻上的电压降获得测量值。在此，电阻连接在电连接线路 的电流路径中。只要在电流路径中的电流流向负载，电阻上的电压降就足够大并且可以识 别为测量值并且例如通过一个比较器检验了，即测量值是否具有必要的参数并且是否处于 极限值之下。在本方法的一个特别的实施方式中，对电连接线路的检验和切断一个断路时间的 持续时间周期地重复进行。通过周期的重复，输出组件具有时间上预定的特性，因此利用 一定的周期时间在输出组件中一再进行切断，并且利用等待时间的最大持续时间实施检验 标准。理想地，组件的时间上预定的特性发生相位移动。基于时间上已知的、预定的过程 而不需要经常对检验标准进行检验、即执行断线监测，这意味着，第一组件不必经常“调出 (gepollt) ”断线。在切断第二组件的输出端之间的时间窗对于第一组件几乎是已知的，或 者可以预测，仅仅可以在规定的范围内进行切断，这是因为优选地固定调节了周期时间。通过对输出组件进行关于通向负载的冗余连接的电源线路的相互的检验，可以放 弃在组件之间的附加的通信连接。此外，开头所述的目的通过一种输出组件实现，该输出组件具有第一输出端，该 第一输出端为了控制负载设计带有第一电压；用于控制开关设备的控制设备，该开关设备 连接第一输出端；和用于产生测量值的测量设备，其中，控制设备设计用于使得测量值经受 检验标准，其中检验标准的满足首先在输出组件中记录为诊断错误，并且在等待时间的持 续时间内周期地应用检验标准，并且如果在等待时间的持续时间结束之前不应再满足检验 标准，则取消诊断错误，否则在满足的检验标准继续存在时产生故障信号。在输出组件的一 个可能的实施方式中，控制设备例如设计为ASIC模块或设计为微控制器，在这种微控制器中实现了等待时间的时间的特性和检验标准的周期的应用。有利地，开关设备具有第一开关和第二开关，用于切换在第一输出端上的电压源。 此外，控制设备设计用于在等待时间的持续时间中闭合第二开关并且断开第一开关。为了测定测量值，在优选的实施方式中可能的是，测量设备具有电阻，该电阻在串 联电路中布置在第一输出端和第二开关之间。为了限制在电阻上的电压降，优选地将第一个二极管并联于电阻布置。因为为了 检验是否存在诊断错误，必须将电阻接入电流路径中，所以电压在该电阻上下降，该电压不 再被提供给需要连接的负载。为了限制损耗，有利地将第一个二极管并联于电阻连接。确定性的特性、即通过先决条件明确地确定以后结果的特征曲线，在输出组件中 优选地由此实现，即控制设备设计用于根据在时间上预定的特性这样地连接开关，即切断 在第一输出端上的第一电压一个断路时间的持续时间，并且该断路时间处于断线检验的等 待时间内。
附图示出了根据本发明的输出组件的实施例，在此示出图1示出了两个冗余连接的输出组件的组件布置；图2示出了输出端的控制的细节描述图；图3示出了冗余连接的输出组件的在时间上的特性。
具体实施例方式图1示出了带有第一输出端Al的第一输出组件1和带有第二示出端A2的第二输 出组件2的示意图。输出组件1，2利用其输出端A1，A2冗余地连接负载3。负载3例如可 以是继电器、LED、火警报警器或一般的用于安全技术方面应用的部件。电连接线路4通向 负载3，其中电连接线路4包括从第一输出端Al到负载3的连接线路、从第二输出端A2到 负载3的连接线路、从接地连接点2M的第一输出组件1到负载3的连接线路以及第二输出 组件2的接地连接点2M的连接线路。通过冗余的并联电路确保了，即使当输出组件1，2发 生故障时，也可以通过负载3从各个其它的输出组件1，2传输电流I'。输出组件1，2分别具有用于输出组件1，2的工作电压的接口。工作电压接口 1L+， IM分别连接在工作电压源上。因为输出组件1，2的结构设计得相同，所以在后面例如以第 一输出组件1作为例子来说明输出组件1，2的原理上的内部结构。第一输出组件1具有开关设备10，用于连接第一输出端Al。开关设备10的内部结 构在图2中被详细地说明。在开关设备10中附加地布置了用于测量电流I的测量设备6。 为了控制开关设备10，第一输出组件1具有第一控制设备31。第一控制设备31设计用于 记录在第一控制设备31内部的诊断错误40，并且在确定诊断错误40时输出故障信号41。 开关设备10具有第一输入端21、第二输入端22和第三输入端23。第一输入端21用于控 制第一开关11 (参看图2)，第二输入端22用于控制第二开关12 (参看图2)并且第三输入 端23用于连接第一电压U1，第一电压经过开关设备10经过输出端Al连接到负载3上。基 于连接的第一电压Ul而流动的电流I可以由第一输出端Al经过负载3向着第一组件的接 地输入端2M和/或第二组件2的接地输入端2M流出。该连接是冗余连接。
开关设备10的诊断输出端M和第一控制设备31连接并且可以因此告知第一控 制设备31，是否识别了诊断错误40，然后在第一控制设备31中记录诊断错误。利用该第一 输出组件1的该设计方案，可以执行用于使负载3的电连接线路4断线的方法，其中通过第 一输出组件1的第一输出端Al提供第一电压Ul和通过第二输出组件2的第二输出端A2 提供第二电压U2，用于控制负载。因此，对在第一输出组件1中的电连接线路4的检验通过 第一输出端Al进行，其中在第一输出组件1中评估电流I并且由此获得的测量值经受检验 标准，其中检验标准的满足首先在第一输出组件1中在第一控制设备31的内部作为诊断错 误40记录，因此这样地设计第一控制设备31，即在等待时间TW的持续时间内通过对电流I 的自身重复地评估而由此获得的测量值周期地经受检验标准。带有其第二控制设备32的第二输出组件2，在此例如通过作为微控制器的第二控 制设备32的设计方案这样地进行准备，即在第一输出组件1中的电流I的周期自身重复的 评估期间，微控制器在第二输出组件2中对其相应的开关设备10这样地控制，即在等待时 间TW的持续时间内这样地运行第二输出组件2，即切断在第二输出端A2上的第二电压U2 一个断路时间TA的持续时间。因此在第一输出组件1中重新评估电流I并且由此获得的 测量值经受检验标准。如果继续满足检验标准，那么第一输出组件1通过其第一控制设备 31中断故障信号41。换而言之，如果在第二输出组件2上的第二电压U2被彻底切断，那么电流流动仅 仅还能通过第一输出组件1进行，这意味着，如果继续存在足够大的电流，那么不能存在断 线并且可以取消以前产生的诊断错误40，并且不需要产生用于断线的故障信号41。如果可能存在断线，那么在第二输出组件2的断路时间期间也没有电流I流经第 一输出组件1并且将可能产生故障信号41。这种方法和输出组件1，2的实施方式有利地在于，在负载电流减小或供给电压不 同时可以出现在两个输出组件1，2之间的不同的电流分布，并且这可以导致，即例如在第 一输出端Al中为了断线识别而低于极限，并且因此可能以错误的方式中断相应的诊断。通 过根据本方法提出的步骤，对于以错误的方式而中断的诊断进行验证并且进行保护。根据图2详细地示出了图1中已知的开关设备10、第一输出端Al和测量设备6。 开关设备10具有第一开关11和第二开关12。第一开关11通过第一输入端21这样地控 制，即该第一开关可以从打开的位置转入到关闭位置中。在关闭位置中第一开关将第一电 压Ul接通到输出端Al上，该电压例如相应为M伏特。第二开关12可以相应地通过第二 输入端22控制，从而也使第二开关可以从打开位置转换到关闭位置中并且同样连接第一 电压U1。但是现在电阻R位于通向在第二开关12和第一输出端Al之间的串联电路中的输 出端Al的电流路径中。电阻R是测量设备6的组成部分。如果第二开关12闭合，并且第 一开关11断开，那么在电流经过输出端Al和电阻R时在电阻R上可以降低电压UR。电压 UR被输送给比较器13，该比较器对电压UR或流过电阻的电流进行评估，并且对电流进行检 验标准。将电压降UR的测量值降低到可确定的极限值之下作为检验标准。如果电压降UR 并不相应于事先调节的极限值，那么比较器13设计用于通过诊断输出端M中断在图1中 已知的诊断信息40。为了在输出组件1，2的冗余连接中使输出端A1，A2相互退稱，在第一输出端Al的 输出路径中布置第二个二极管D2。
根据图3示出了流程图50，其描述了对于各自的输出组件1，2的、在第一输出端 Al处的电压曲线51的和在第二输出端A2处的电压曲线52的在时间上的变化曲线。该变 化曲线通过时间t进行描述。两个被圈起来的区域59分别描述了切断测试。在该切断测 试59中，或者第一输出端Al或者第二输出端A2在断路时间TA的持续时间中被切断。参考图2中的第一开关11和第二开关12，以下在图中从左向右说明输出端电压的 变化。在第一输出端Al上的电压曲线51示出了第一区域53，第一开关11在该第一区域中 闭合，与此并行地，在第二输出端上的电压曲线52示出了区域M，第一开关11在该区域中 同样闭合。在第一电压曲线51中示出了上升的脉冲61。上升的脉冲61象征性地表示将 第二开关12闭合以用于断线检验。第二开关12闭合不久后断开第一开关11，通过在第一 电压曲线51中的下降的脉冲62对此进行说明。区域55表示了一个区域，在该区域中将第 二开关12持续闭合，而在等待时间TW期间借助于测量设备6进行断线检验，如果应肯定地 取消该检验，那么中断诊断信息40。十一个实线箭头象征性地表示了周期地中断诊断信息 40。在等待时间TW的持续时间内，通过电流I的自身重复的评估而由此获得的测量值周期 地经受检验标准并且反复地中断诊断信息40。现在这样清楚地观察在第二输出端A2上的电压曲线52，即在被圈起来的切断测 试区域59中利用切断输出端电压58使电压降到零。仍旧在等待时间TW的持续时间内的 区域中切断输出端电压58，现在在第一输出组件1中，在第一输出端Al处的电压曲线51中 示出，重新评估电流I和由此获得的测量值重新经受检验标准，这是因为鉴于闭合的第二 开关12，第一输出端电压Ul仍旧施加在第一输出端Al上，由此电流继续流过负载并且因此 流过输出组件1。这说明了，因为不存在断线，而在形成电流时错误地产生了诊断信息40。 因此，信息60，以虚线箭头示出，利用诊断的结果正常地中断。为了通过第一开关11接通 电压U1，现在将第一开关闭合并且紧接着为了停止断线检验而断开第二开关12。现在在第 一电压曲线51中调节一个电压，该电压仅仅经过第一开关11施加到第一输出端Al上。在 第一电压曲线51中，在切断区域59中，现在在持续时间TA中导致了输出端电压Ul的切断 57。在第一电压曲线51中周期地重复进行检验电连接线路4，也就是在最大的等待时 间TW的持续时间中接通并且在断路时间TA的持续时间中切断第二开关12，因此同样在第 二电压曲线52中周期地重复对于断线检验的测试和切断输出端电压。两个输出组件1，2 因此交替地通过各自周期的重复利用等待时间TW的持续时间检验断线检验并且利用断路 时间TA的持续时间检验切断测试59。在第二电压曲线52中，区域56描述了一个区域，在该区域中第二开关12闭合，这 里说明了这种情况，即利用上升的脉冲61并且根据下降的脉冲62，施加在第二输出端A2上 的电压单独地经过第二开关12施加在第二输出端A2上并且因此也可以在第二组件A2中 执行断线检验。在此情况下，当然没有识别断线，据此马上可以将带有诊断结果的信息60 正常中断，并且利用中断的信息60可以再次将断线检验从第二开关12闭合并且第一开关 11断开的状态切换到正常运行的状态，即第一开关11闭合并且第二开关12断开。
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权利要求
1.一种用于诊断通向负载(3)的电连接线路的方法，其中通过第一输出组件(1) 的第一输出端(Al)提供第一电压(Ul)和通过第二输出组件O)的第二输出端m提供 第二电压(似)以用于控制所述负载(3)，所述方法具有以下步骤(i)在所述第一输出组件(1)中通过所述第一输出端(Al)执行对所述电连接线路(4) 的检验，其特征在于，( )在所述第一输出组件(1)中评估电流(I)并且由此获得的测量值经受检验标准， 其中所述检验标准的满足首先在所述第一输出组件(1)中记录为诊断错误G0)，(iii)在等待时间(TW)的持续时间内，所述第二输出组件(2)这样地运行，即切断在所 述第二输出端(A2)上的所述第二电压(U2) —个断路时间(TA)的持续时间，(iv)在所述第一输出组件(1)中重新评估所述电流(I)并且由此获得的测量值重新经 受所述检验标准，其中在满足的所述检验标准继续存在时，所述第一输出组件(1)产生故障信号G1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于不再满足所述检验标准的情况，取消所述诊 断错误(40)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述断路时间(TA)的所述持续时间期间， 所述第一输出组件(1)承担对所述负载(3)的控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述等待时间(TW)的所述持续 时间内通过对所述电流(I)重复地进行评估而由此获得的所述测量值周期地经受所述检 验标准。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，将所述测量值降低到极限值以下用 作为所述检验标准。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述测量值从电阻(R)上的电压降 (UR)获得，所述电阻连接在所述电连接线路(4)的电流路径中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，对所述电连接线路(4)的检验和切 断一个断路时间(TA)的所述持续时间周期地重复进行。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，由所述第一输出组件(1)和所述 第二输出组件(2)交替地执行对所述电连接线路(4)的检验和切断一个所述断路时间(TA) 的所述持续时间。
9.一种输出组件(1，2)，具有第一输出端(Al)，所述第一输出端为了控制负载(3)设 计带有第一电压(Ul)；用于控制开关设备(10)的控制设备(31)，所述开关设备切换所述第 一输出端(Al)；和用于产生测量值的测量设备(6)，其特征在于，所述控制设备(31，32)设 计用于使得所述测量值经受检验标准，其中所述检验标准的满足首先在所述输出组件(1) 中记录为诊断错误(40)，并且在等待时间(TW)的持续时间内周期地应用所述检验标准，并 且如果在所述等待时间(TW)的所述持续时间结束之前不再满足所述检验标准，则取消所 述诊断错误(40)，否则在满足的所述检验标准继续存在时产生故障信号01)。
10.根据权利要求9所述的输出组件(1，2)，其中，所述开关设备(10)具有第一开关 (11)和第二开关(12)，用于切换在所述第一输出端(Al)上的电压源，并且此外所述控制设 备(10)设计用于在所述等待时间(TW)的所述持续时间中闭合所述第二开关(12)并且断开所述第一开关(11)。
11.根据权利要求10所述的输出组件(1，2)，其中，所述测量设备(6)具有电阻(R)，所 述电阻在串联电路中布置在所述第一输出端(Al)和所述第二开关(1 之间。
12.根据权利要求11所述的输出组件(1，2)，其中，并联于所述电阻(R)布置了用于限 制电压降的第一个二极管(Dl)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的输出组件(1，2)，其中，所述控制设备(31， 32)设计用于根据在时间上预定的特性这样地连接所述开关(11，12)，即切断在所述第一 输出端(Al)上的所述第一电压(Ul) —个断路时间(TA)的持续时间。
全文摘要
本发明涉及一种用于诊断电连接线路的方法和输出组件。为了在冗余连接的输出组件(1，2)中可靠地识别通向负载(3)的可能的断线而提出，这样地设计用于控制开关设备(10)的控制设备(31)，即该控制设备(31，32)设计用于使得测量值经受检验标准，其中检验标准的满足首先在输出组件(1)中记录为诊断错误(40)，并且在等待时间(TW)的持续时间内周期地应用检验标准，其中另外的输出组件(2)在此时间中执行断路测试并且因此可以对此进行说明，即是否存在断线。
文档编号G01R31/00GK102135578SQ201010616340
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年1月25日
发明者托比亚斯·格拉莫拉, 马丁·菲希特尔舍雷尔, 马里奥·迈尔 申请人:西门子公司