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Eindrahtimpulsfernsteuerung
I. Allgemeines :
In der Fernwirktechnik werden zur Zeit aus der Fernsprechtechnik die gebräuchlichen Selbstwählerschaltungen in zweckmässig abgeänderter Form verwendet, die in letzter Zeit unter Benützung gewisser elektronischer Hilfsmittel, speziell solcher zur Koinzidenzkontrolle, verbessert wurden.
Sämtliche Wählerschaltungen besitzen jedoch den Nachteil der mechanischen Kontakte, die Verstaubungen und Oxydationen ausgesetzt sind und somit ein einwandfreies Arbeiten über längere Zeiträume hindurch nicht gewährleisten können. Darüberhinaus treten die grossen Anwahlzeiten, die bei grossen Anlagen bis zu zwanzig Sekunden betragen können, trotz der neuerdings verwendeten motorbetriebenen Drehwähler störend in Erscheinung. Als zusätzliche Verbesserung der Drehwählersysteme sei die in der österr. Patentschrift Nr. 179801 beschriebene Einrichtung zur Stillsetzung eines in freier Wahl laufenden Suchwählers auf einen bestimmten Kontakt angeführt. Die Stillsetzung erfolgt unter Benützung eines Thyratrons, welches bei zweifacher Impulskoinzidenz zündet und dabei ein Relais betätigt.
Die beschriebene Einrichtung wird auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik verwendet.
Eine andere Einrichtung, entsprechend der deutschen Patentschrift Nr. 181638, wird ebenfalls in Fernsprechanlagen verwendet und für Kennzeichnungszwecke benützt. Die Einrichtung gibt zeitlich aufeinanderfolgende Impulse ab, die an je einer besonderen Ausgangsklemme auftreten, wobei zeitweilig die Koinzidenz mit hiefür vorgesehenen Röhren überprüft wird. Die Anwendung auf das Gebiet der Fernsteuertechnik stösst, wenn die Lösung mit elektronischen Mitteln erfolgt, infolge der notwendigen Röhrenzahlen und des Fehlens von Rückmeldungen auf grosse Schwierigkeiten.
In der U S A- Patentschrift Nr. 2, 686, 839 ist ein Impulsgruppenverfahren beschrieben, bei dem die Anwendung auf Fernsteuerzwecke für grössere Befehlszahlen nur mit sehr grossem Aufwand möglich ist und infolge Fehlens einer Rückmeldungsmöglichkeit nicht zweckmässig erscheint. Es müssten für die Rückmeldungen zusätzliche Kanäle bereitgestellt werden, die jedoch dann unerwünschterweise nicht gleichzeitig durchgegeben werden könnten, sondern nur nacheinander mittels eines Speicherverfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet als elektronisches Verfahren alle jene Mängel, die durch die Verwendung mechanischer Kontakte bedingt sind, und gewährleistet die Befehlsdurchgabe in vernachlässigbar kleiner Zeit. Ferner gestattet das Verfahren die Durchgabe der Rückmeldungen gleichzeitig, ohne dass dadurch etwa zur selben Zeit gegebene Befehle gespeichert werden müssen.
Die Erfindung betrifft eine Eindrahtimpulsfernsteuerung, bei welcher erfindungsgemäss die von einem Sender, dessen p. n von Hand aus zu betätigenden Befehlsorgane in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei die Impulse der Impulsreihe eines Serienimpulsgenerators den einzelnen Spalten und die eines Gruppenimpulsgenerators den einzelnen Zeilen der Matrix zugeordnet sind, ausgesendeten Befehlsimpulse, die zyklisch von einem Synchronisierimpuls grösserer Amplitude eingeleitet werden, im Fernsteuerempfänger über elektronische Aussortierungsorgane an p.
n Empfangsrelais geleitet werden, die wiederum einzelnen Spalten und Zeilen zugeordnet sind, von denen bei dreifacher Koinzidenz der Serien-, Gruppen-und Leitungsimpulse das entsprechende Empfangsrelais anspricht, welches den Schaltvorgang einleitet, wobei nach seiner Beendigung an derselben zeitlichen Stelle ein Rückmeldeimpuls grösserer Amplitude gebildet wird, der im Sender über gleichartig arbeitende elektronische Aussortierungsorgane aus einer Rückmelderelaismatrix das zugeordnete Rückmelderelais zum Ansprechen bringt, so dass ohne Verwendung zusätzlicher Impulsreihen für jeden Befehlsimpuls ein Rückmeldeimpuls zur Verfügung steht, wobei für p. n Befehle und Rückmeldungen nur p + n Aussortierungsröhren erforderlich sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer derartigen Eindrahtimpulsfernsteuerung im Empfänger ein synchronlaufender Serienimpulsgenerator und ein ebensolcher Gruppenimpulsgenerator vorgesehen, deren Impulse gemeinsam mit den vom Sender eintreffenden Befehlsimpulsen den in der Form einer Matrix angeordneten p. n Empfangsrelais über elektronische Aussortierungsorgane, die den einzelnen Spalten und Zeilen zugeordnet sind, zugeleitet werden, wobei bei Koinzidenz der Serien-, Gruppen- und der Befehlsimpulse die Schaltvorgänge eingeleitet werden, wobei nach deren Durchführung die Rückmeldeimpulse auftreten.
Im nachfolgenden soll an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Eindrahtimpulsfernsteuerung beschrieben werden.
Die erfindungsgemässe Fernsteuerung arbeitet nach folgendem Prinzip : Im Sender und Empfänger arbeitet je ein zwangsweise synchronisierter Impulsgenerator, der Impulsreihen von je 12 Impulsen in Abständen von 1/50 sec erzeugt (Einzelimpulse). Je ein weiterer Impulsgenerator, ebenfalls synchronlaufend, jedoch mit Impulsreihen von je 6 Impulsen (Gruppenimpulse) umfasst mit jedem seiner Impulse 12 Einzelimpulse der ersten Generatoren und ist so geschaltet, dass der Reihe nach in einem Rhythmus von 1 bis 6 gleichzeitig im Sender und Empfänger 12 Einzelimpulse freigegeben werden (Impulsschachtelung). Somit hat ein Einzelimpuls 6 x 12 = 72 zeitlich verschiedene Stellungsmöglichkeiten.
In Fig. 2 ist diese Impulsschachtelung während einer Gesamtperiode graphisch dargestellt. Eine Gesamtperiode wird daher in 6 xi/50 = 1/8. 3 sec durchlaufen, während die Impulsdauer eines Einzelimpulses 1/12 x 1/50 = 1/600 sec beträgt. Den Leitungsimpulsen ist eine vom Sender stammende 50 Hz-Wechselspannung geringer Amplitude (0, 5-1 V) überlagert, die im Empfänger verstärkt wird und zur synchronsierung der empfängerseitigen Impulsgeneratoren dient. Die sender- und empfängerseitige Aussortierung der Einzelimpulse erfolgt mit Röhren, die nur dann Anodenstrom führen, wenn die an den Steuergitter, den schirmgittern und den Anoden liegenden Impulse zeitlich zusammenfallen.
Steuer- und Schirmgitter erhalten Einzelimpulse, während auf die Anoden Gruppenimpulse einwirken. Bei dreifacher Koinzidenz werden die Relais zum Ansprechen gebracht, die im Anodenkreis liegen, und die entweder den Schaltvorgang oder das Aufleuchten der Meldelampe veranlassen.
Die Fernsteuerung benötigt für den Betrieb folgende Spannungsquellen : für den Sender 110 V, 50 Hz, sowie eine Batteriespannung von 12 V, die der Stationsbatterie entnommen werden kann und deren positiver Pol geerdet sein soll, und für den Empfänger 110 oder 220 V. Ein synchroner Lauf der beiden 50 HzNetze ist dabei nicht erforderlich.
II. Sender :
Für die Erzeugung der Einzelimpulse werden die Phasen 1 - 12 eines 14phasigen Gleichrichters verwendet, der aus dem Transformator 14, den RC- Gliedern 15,16, 17,18, den Selenkleinflächengleichrichtern 19 und den Transformatoren 20 besteht. Die RC-Glieder sind so dimensioniert, dass die Spannungen zwischen jedem der Punkte S, 1-12, 0 und dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Transformators 14 um je 360/140 gegeneinander verschoben sind (Fig. 3). Die auf diese Weise gedrehten Spannungen werden den Kleinfächergleichrichtern 19 zugeführt. Durch die Belastung des Gleichrichters mit den Spannungsteilerwiderständen 24 treten in den einzelnen Gleichrichterzweigen Richtströme auf, deren Stromflusswinkel zirka 250 betragen und die somit eine genügend steile Impulsform besitzen.
Durch die Kondensatoren 25 wird der Stromflusswinkel noch weiter verkleinert und dadurch eine Überlappung der Impulse vermieden. Diese Stromimpulse, die auch die Primärwicklungen der Transformatoren 20 durchfliessen, erzeugen durch deren hohes Übersetzungsverhältnis in den Sekundärseite Spannungsimpulse.
Die Flankensteilheit der Impulse wird umso grösser, je kleiner der Spannungsabfall an den Primärseite der Transformatoren 20 im Verhältnis zur Gesamtspannung des Gleichrichters ist. Er soll etwa 2% der Gesamtspannung betragen. Durch eine im Empfänger befindliche gleiche Anordnung wird in Verbindung mit der der Leitung mitgeteilte Synchronisierspannung ein zwangsweiser Gleichlauf erreicht, der weder durch Spannungs- noch durch Frequenzschwankungen gestört werden kann. Diese Synchronisierspannung hat eine Amplitude von 0, 5 bis 1 V und wird durch den Transformator 35 der Leitung übermittelt. Ausserdem führt die gesamte Impulseinrichtung diese Spannung gegen Erde, da der zweithöchste Punkt des Spannungsteilers 24 über die Sekundärwicklung Von 35 an Erde liegt.
Auf diese Weise werden Verzerrungen, die durch die Gleichrichterstrecken an der Synchronisierspannung entstehen könnten, vermieden.
Die in 20 gebildeten Impulse werden über die Kondensatoren 21 den Schirmgittern der Röhren 56 zugeführt, die nun nur während der kurzen Einzelimpulsdauer positiv gegen ihre Kathoden werden können.
Die Schirmgitter dieser 12 Röhren erhalten also dauernd der Reihe nach Einzelimpulse im Rhythmus 1- 12, von denen jeder in 1/50 sec durchlaufen wird. Diese Impulse gelangen gleichzeitig über die Kleinflächengleichrichter 29 zu dem aus 12 Zeilen und 6 Spalten bestehenden Drucktastensystem, mit dem durch Drücken der gewünschten Taste die Sendung dieses Befehles eingeleitet wird. Vermöge der Gleich-
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richter 29 können beliebig viele Tasten gleichzeitig gedrückt werden. Durch das Drücken der Tasten werden die Impulse über die Widerstände 28 und die Kleinflächengleichrichter 40 der Leitung 65 über- mittelt.
Von einem noch zu beschreibenden zweiten Impulsgenerator, der die Gruppenimpulse erzeugt, werden die Einzelimpulse spaltenweise im Rhythmus 1 - 6 freigegeben und derartig der Leitung über- mittelt, dass in einem Gruppenimpuls 12 Einzelimpulse enthalten sind. Von der Leitung 65, durch die
Kondensatoren 57 abgezweigt, gelangen die Einzelimpulse auch an die Steuergitter der Pentoden 56. Die negative Vorspannung ist jedoch so hoch bemessen, dass die Impulse selbst bei Koinzidenz keinen Anoden- strom hervorrufen können. Erst dann, wenn in noch zu beschreibender Weise nach beendetem Schalt- vorgang die in ihrer Amplitude doppelt so grossen Rückmeldeimpulse eintreffen, können die Röhren 56 während der betreffenden Impulszeiten Anodenstrom führen.
Diesen Röhren, in deren Anodenkreisen durch Gleichrichter 53 gespeiste Relais liegen, wird die Anodenspannung durch die Thyratrons 22 des
Gruppenimpulsgenerators im selben Rhythmus zugeführt wie die Sendeimpulse der Leitung 65. Diese Relais, die zur Rückmeldung dienen, sind Rundrelais und sollen bei hochohmiger Wicklung bei einem
Strom von etwa 0, 5 mA ansprechen. Parallel zu den Spulen befinden sich die Kondensatoren 54, die den Relais der Zellen I - V, VIa eine Abfallsverzögerung von zirka 2 sec verleihen. Durch diese Kondensatoren werden auch die Ansprechströme geglättet.
Der Generator für die Gruppenimpulse, der die Thyratrons 22 enthält, ist ein 6phasiger Schrittgenerator, dessen Röhren während 1/6 eines Umlaufes Anodenstrom führen und während 5/6 gesperrt sind.
Ein gleicher Generator ist auch im Empfänger vorhanden und wird in derselben Weise synchronisiert wie der im Sender. Vor dem Einschalten der Synchronisierspannung durch den Arbeitsstromkontakt 66a des Zeitrelais 66 sind beide Generatoren vollkommen gesperrt, und der Kondensator 33 ist entladen. Wenn nun die Synchronisierspannung mit dem Schliessen des Kontaktes 66a gleichzeitig im Sender und Empfänger wirksam wird, so wird in der Primärwicklung des Transformators 37 vermöge des Gleichrichters 41 ein positiver Stromimpuls entstehen, der durch einen in Serie zum Gleichrichter liegenden Widerstand begrenzt wird. Durch die Sekundärseite des Transformators 37 wird dieser Impuls über den Gitterwiderstand 23 den Gittern der Röhre 22/1 zugeführt, wodurch diese zündet.
Gleichzeitig mit dem Einschalten der Synchronisierspannung ist mit Hilfe des Einweggleichrichters 38 der Kondensator 33 aufgeladen worden, wobei er schon nach der ersten Halbwelle mit zirka 801o geladen sein soll. Die Aufladung des Kondensators 33 bewirkt eine Verlagerung des Potentiales der Primärseite von 37 ins Negative, die so gross ist, dass im Gleichrichter 41 kein weiterer Stromfluss und somit auch kein zweiter Gitterimpuls mehr im Transformator 37 entstehen kann. Da 33 seine Ladung so lange behält, als die Synchronisierspannung eingeschaltet ist, kann mit Ausnahme des ersten kein weiterer Startimpuls mehr auftreten.
Durch die Zündung der ersten Röhre liegt nun an ihrem Kathodenwiderstand 34 eine positive Spannung, die um den Lichtbogenabfall kleiner als die Anodenspannung ist, während die andern Kathoden am Bezugsleitungspotential liegen, also die übrigen Röhren gesperrt sind. Diese positive Spannung verlagert das "Anoden"- Potential des Gleichrichters 44 derartig, dass der in der Sekundärwicklung des zum Gleichrichter S gehörenden Impulstrafos 20 entstehende negative Synchronisierimpuls einen entsprechenden Stromfluss in der Primärseite des zweiten Gittertrafos 39 zur Folge hat, wodurch über den Gitterwiderstand 23 die Röhre 22/II gezündet wird. Da diese Potentialverlagerung durch die RC- Glieder 99,100 geringfügig verzögert wird, zündet die zweite Röhre erst beim nächsten, um 2 1T später kommenden Impuls S.
Die Zündung der Röhre II bewirkt nun durch das Ansteigen ihres Kathodenpotentials das Löschen der Röhre I infolge Umladung des durch den Gleichrichter 31 gespeisten Löschkondensators 30, der beim Zünden der Röhre I über den Ladewiderstand 32 aufgeladen wurde. Bei jedem Synchronisierimpuls S wird also eine weitere Röhre gezündet und die vorhergehende gelöscht. Bei Ausfall der Synchronisierimpulse muss die Anodenspannung kurzzeitig unterbrochen werden, da bei ihrer Wiederkehr die Zündung bei Röhre I beginnt und bei Unterlassung zwei Röhren gleichzeitig Anodenstrom führen würden. Da sich die ausserordentlich steilen Gruppenimpulse geringfügig überlappen, wurde der Einzelimpulsgenerator 14phasig ausgeführt, so dass jeder Umlauf 1-12 mit einem Synchronisierimpuls S eingeleitet wird und durch einen Zwischenraum 0 abgeschlossen ist.
Eine Entsynchronisierung der beiden Gruppengeneratoren ist selbst bei starken Spannungs- und Frequenzschwankungen ausgeschlossen.
Das fortschreitende Zünden der Röhren 22, deren jede eine komplette Einzelimpulsserie umfasst, bewirkt einerseits zeilenweises Auftreten der Anodenspannung für die Röhren 56 und anderseits durch die positive Verschiebung des"Kathoden"-Potentials der Gleichrichter 42 eine Freigabe der gesendeten Impulse an die Leitung, die der Spalte der gezündeten Röhre entsprechen. Bei den nichtgezündeten Röhren bricht diolmpuJsspannung über die Widerstände 28 und die Kleinflächengleichrichter 42 zusammen.
Die Brenndauer beträgt jedesmal 1/50 sec.
Die Amplitude der Sendeimpulse, die wie schon erwähnt eine bestimmte Grösse nicht überschreiten
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darf, sind durch eine besondere Potential anordnung ohne zusätzlichen Materialaufwand begrenzt. Dadurch, dass die "Kathode" der Gleichrichter 42 nicht positiver als die um die Bogenspannung der Röhren 22 verminderte Anodenspannung werden kann, finden die der Leitung mitgeteilten positiven Impulse durch die Ventilwirkung der Gleichrichter 42 eine obere positive Grenze, die an den Justierwiderständen 24 eingestellt werden kann.
Für die Durchführung der eingangs erwähnten Gittersteuerung dient der einphasige Phasenschieber 62, mit dem die abgegebene Spannung bei konstanter Amplitude um beliebige Winkel gedreht werden kann.
Dieser Phasenschieber ist aus zwei einzelnen miteinander gekuppelten einphasigen Amplitudenreglern aufgebaut, deren Läufer 900 el. gegeneinander versetzt sind und die gemeinsam mit einem Handrad über ein Schneckengetriebe betätigt werden können. Wenn eine Drehstromanspeisung zur Verfügung steht, kann als Phasenschieber auch ein dreiphasiger Drehregler verwendet werden. Wie später noch beschrieben werden wird, ist im Empfänger die Synchronisierspannung mit 6phasigen Gittersteuerungsimpulsen verknüpft, wodurch letztere die Phasendrehungen der Synchronisierspannung zwangsläufig mitmachen. Mit diesen Impulsen werden die Gitter der Gleichrichtergefässe beaufschlagt und so eine stufenlose Fernregelung der abgegebenen Gleichspannung ermöglicht. Der synchrone Lauf der sender- und empfängerseitigen Niederspannungsnetze ist dabei vorausgesetzt worden.
Durch Öffnen des Kontaktes 67, der mit dem Justierwiderstand 68 überbrückt ist, wird die Amplitude der Synchronisierspannung auf etwa 701o ermässigt. Diese Senkung darf allerdings die Spannung des Kondensators 33 nicht so weit herabsetzen, dass im Transformator 37 Impulse entstehen können, und es muss dies bei der Dimensionierung berücksichtigt werden. Die einwandfreie Funktion der Fernsteuerung und Rückmeldung bzw. der Fernmessung wird also nicht beeinträchtigt, wohl aber wird, wie noch gezeigt werden wird, auf diese Weise die Sperrung der Gitter der Gleichrichtergefässe herbeigeführt.
Die Gittersperrung ist dann besonders vorteilhaft, wenn sie in Verbindung mit der Abschaltung von Trennschalter, Leistungsschaltern, Schnellschaltern, Überstromschaltem angewendet wird, da sie grösstmögliche Schonung der Schalterkontakte mit sich bringt : Durch den Kontakt 67, in dem alle in Betracht kommenden Tasten für die Abschaltung als Ruhestromkontakte eingeschleift werden können, wird die Gittersperrung zwangsläufig mit dem Drücken einer Ausschalttaste noch vor Öffnung des Schalters herbeigeführt. Dieses Schaltungsdetail wurde jedoch der Einfachheit wegen ebenso wie die Zuführungen der Heizspannungen weggelassen. Durch Einfügen eines weiteren Ruhestromkontaktes kann, falls es notwendig werden sollte, die Sperrung beliebig lange aufrechterhalten werden.
Die Tasten 45 - 50 dienen für die Übertragung betriebsnotwendiger Zusatzkommandos und haben folgende Bedeutung : Die Taste 45 verursacht die Einschaltung der gesamten Fernsteuereinrichtung im Sender und im Empfänger einschliesslich der Heizspannungen für die Röhren. Für die Dauer des Drückens wird die Leitung von den Impulsgeneratoren abgetrennt und ihr die kleinste Spannung des Spannungsteilers 43 zugeführt.
Diese Spannung hat gegen Erde einen ganz bestimmten und mit den Justierwiderständen 43 einstellbaren negativen Wert, der das Ansprechen des Relais 45 auf Fig. 5 zur Folge hat. Im Sender selbst wird Schütz 51 zum Ansprechen gebracht, das sich mit seinem Selbsthaltekontakt in angezogener Stellung hält und welches mit seinen Arbeitsstromkontakten 51a die Einschaltung des Senders durchführt. Gleichzeitig wird dadurch das Zeitrelais 66 erregt, das nach einer Zeit von etwa 5 Minuten, der Anheizzeit der Röhren, seinen Arbeitsstromkontakt 66a schliesst und dadurch die Generatoren für die Gruppenimpulse und für die Gittersteuerimpulse in Betrieb setzt. Die Taste 50 dient zur Abschaltung der Fernsteuerung. Für die Dauer des Drückens wird der Leitung nach Abtrennung der Impulse die höchste Spannung des Spannungsteilers 43 zugeführt, wodurch der Empfänger abgeschaltet wird.
Im Sender führt das Drücken zum Abfallen des Schützes 51, da dessen Selbsthaltekreis durch einen Ruhestromkontakt der Taste 50 geöffnet wird, wodurch der Sender abgeschaltet ist. Die Taste 50 muss so eingerichtet sein, dass beim Drücken der Arbeitsstromkontakt früher schliesst als der Ruhestromkontakt für die Selbsthaltung des Schützes öffnet, da ansonsten die Abschaltung des Empfängers infolge vorzeitiger Unterbrechung der Spannung am Potentiometer 43 nicht durchgeführt wird.
Die Taste 46 bezweckt die Durchführung einer Kontrollmeldung, aus der ersichtlich ist, ob sich die Impulse des Senders mit denen des Empfängers decken und ob damit ein Befehl im Sender mit dem tatsächlichen Schaltvorgang im Unterwerk übereinstimmen wird bzw. ob ein Rückmeldeimpuls das Aufleuchten der richtigen Kontrollampe im Sender veranlassen wird. Um diese Kontrolle durchzuführen, genügt es, einen einzigen Impuls zu überprüfen, da bei seiner Übereinstimmung die andern Impulse infolge des zwangsweisen Synchronlaufes der Einzelimpulse und der Synchronisierung der Gruppenimpulse ebenfalls übereinstimmen müssen. Beim Aussertrittfallen der Gruppenimpulse im Sender oder Empfänger würden bei der Durchführung der Kontrolle ausser der entsprechenden auch noch 5 andere Kontrollampen
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im Sender aufleuchten.
Durch Drücken der Taste 46 wird in üblicher Weise der Leitung die nächsthöhere
Spannung des Spannungsteilers 43 zugeführt und so im Empfänger die Aussendung des Kontrollimpulses veranlasst, der im Sender in schon beschriebener Weise das Aufleuchten der richtigen Meldelampe zur Folge hat. Mit einem im Sender enthaltenen Phasenschieber 69 können die Impulsreihen des Senders und des Empfängers gegeneinander um geringe Beträge so verschoben werden, dass der Kontrollimpuls übereinstimmt. Vor der Inbetriebnahme der Fernsteuerung muss diese Justierung ein für alle Male durchgeführt werden.
Während der Dauer der Kontrollmeldung sollen keine Fernsteuertasten gedrückt werden, um ein irrtümliches Betätigen der Taste, die der Kontrollmeldung entspricht, zu vermeiden. Es stünde für diesen Impuls keine Rückmeldung zur Verfügung.
Die Taste 47 ruft bei ihrer Betätigung das Abschalten der Kontrolle hervor, wonach mit dem Fernsteuern begonnen werden kann. Auch hier wird der Leitung die nächsthöhere Spannung des spannungteilers 43 übermittelt. Die Taste 48 dient zur Umschaltung des Senders und des Empfängers von Fernsteuern auf Fernmessen. Durch das Relais 52 mit Selbsthaltekontakt, welches beim Drücken der Taste 48 anzieht und in dieser Stellung verbleibt, werden mit einem Umschaltekontakt 36 die Relais der Zeile VIb an die Kathode der Röhre 22/VI gelegt, die nun an Stelle der Relais der Zeile VI a arbeiten. Eine derselben Relaiszeile entsprechende Umschaltung wird auch im Empfänger mit den Kontakten der Fernmessgeber durchgeführt.
Die Relais VIb fungieren nun als Empfangsrelais für die empfängerseitig gesendeten Fernmessimpulse und betätigen mit ihren Arbeitsstromkontakten die entsprechenden Messwandler. Der parallel zur Spule liegende Glättungskondensator 70 darf den Relais VI b keine grössere Abfallsverzögerung als 1/10 sec verleihen. Die Rückmelderelais VI a besitzen eine zweite Wicklung, mit deren Hilfe die Relais durch den Selbsthaltekontakt 36 und durch ihre eigenen Selbsthaltekontakte in ihrer vor der Umschaltung auf Fernmessung innegehabten Stellung verbleiben können. Die Rückmeldung dieser 12 Relais bleibt daher erhalten und wird nicht gelöscht.
Ordnet man diesen Relais Schaltvorgänge zu, die sich von selbst nicht ändern können (im Gegensatz zu Schaltern mit Fehlspannungs- oder Überstromauslösung, die mit diesem Relais nicht rückgemeldet werden sollen), so werden diese gespeicherten Rückmeldungen immer den tatsächlichen Schaltzustand der die Meldung verursachenden Geräte anzeigen. Es braucht also nur dann vorübergehend auf Fernsteuerung umgeschaltet werden, wenn einer dieser die Relais VI a betreffenden Schaltzustände geändert werden soll. Die allen Relais vorgeschalteten Kleinflächengleichrichter 53 haben einerseits den Zweck, Fehlansprechungen durch Nebenschlüsse zu vermeiden und machen anderseits die Verwendung von 12 getrennten Umschaltekontakten am Relais 52 überflüssig. Die Selbsthaltewicklungen der Relais VI a werden vom Gleichrichter für die Einzelimpulse gespeist.
Die Veranlassung zur Umschaltung des Empfängers auf Fernmessen wird wie bisher durch kurzzeitiges Beaufschlagen der Leitung mit der nächsthöheren negativen Spannung des Spannungsteilers 43 gegeben. Es ist auch möglich, eine andere Art der Fernmessung anzuwenden, u. zw. eine solche, die nicht den Impulsabstand, sondern die Grösse der Impulsamplitude als Mass für die zu übertragenden Messgrössen heranzieht. Die Taste 49 bezweckt die Rückschaltung von Sender und Empfänger auf Fernsteuern.
Durch deren kurzzeitiges Drücken wird einerseits durch einen ihrer Ruhestromkontakte der Selbsthaltekreis des Relais 52 unterbrochen, wodurch dieses abfällt und wieder die Relais VIa einschaltet, sowie deren Speicherung aufhebt, und anderseits durch Beaufschlagen der Leitung mit der zweithöchsten Spannung des Spannungsteilers 43 der Empfänger auf Fernsteuern rückgeschaltet. Die andern 60 Kommandos und Rückmeldungen sind durch die Umschaltung auf Fernmessen nicht betroffen und können unbehindert betätigt werden.
Die Tasten 45 - 50 dürfen nur einzeln gedrückt und nicht mehrere zugleich betätigt werden. Da während der Dauer des Drückens die Sende- und Rückmeldeimpulse nicht an ihr Ziel gelangen können, sollen die Tasten nur kurzzeitig (zirka 1/2 sec) gedrückt werden, da ansonsten die Relais für die Rückmeldungen durch ihre Abfallsverzögerung von 2 sec vorübergehend abfallen können. Die Gittersteuerung der Gleichrichtergefässe im Unterwerk wird durch die Betätigung der Tasten nicht behindert, da die Synchronisierspannung weiterhin vorhanden bleibt.
III. Empfänger :
Auf Fig. 5 ist die Schaltung des Empfängers dargestellt. Die Erzeugung der Einzelimpulse wird so wie im Sender vorgenommen. Der als Impulsgenerator arbeitende 12+2phasige Gleichrichter, der aus dem Transformator 14, den RC-Gliedern 15,16, 17,18, den Gleichrichtern 19, den Autotransformatoren 20, dem Arbeitswiderstand 90 und dem Abstimmkondensator 36 besteht, wird jedoch nicht aus dem Netz, sondern von den als Leistungsverstärker arbeitenden, im Gegentakt-A-Betrieb geschalteten Endpentoden 68 gespeist. Die Pentode 67 dient als Vorröhre, an deren Steuergitter die von der Leitung 65 abgezweigte und in den Tiefpassfiltern 85, 86 von ihren Fernsteuerimpulsen befreite sinusförmige Synchronisierspannung auftritt.
Da dem Generator für die Einzelimpulse eine möglichst oberwellenfreie Spannung zugeführt
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werden muss, wurde für den Leistungsverstärker der Gegentakt-A-Betrieb gewählt, wozu allerdings auch der AB-Betrieb geeignet ist. Die in den Transformatoren 20 entstehenden Einzelimpulse gelangen so wie
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befindlichen Drucktastenkomplex entsprechen, stellen die Endkontakte der ferngesteuerten Geräte des Unterwerkes dar und zeigen, wenn sie geschlossen werden, den beendeten Schaltvorgang an. Die Rückmeldeimpulse des Empfängers gelangen nun über die Widerstände 28 und die Gleichrichter 40 an die Leitung, wobei so wie im Sender diese Impulse vom Gruppenimpulsgenerator mit den Röhren 22 spaltenweise freigegeben werden. Von der Leitung gelangen die Rückmeldeimpulse mit Hilfe der Kondensatoren 57 an die Steuergitter der Röhren 56.
Gelangt nun durch das Drücken einer Taste im Sender über die Leitung eine Reihe zeitlich bestimmter Einzelimpulse an die Steuergitter der Röhren 56, so wird diejenige Röhre Anodenstrom führen, die koinzidierende Impulse erhält, wobei jenes Relais der koinzidierenden Röhre angesprochen wird, dessen Anodenspannung von den Röhren 22 eingeschaltet wurde, für das also die Gruppenimpulse des Senders mit denen des Empfängers übereinstimmen. Diese Relais, die den senderseitigen Rückmelderelais entsprechen, dienen zur Einleitung des Schaltvorganges und es werden von ihnen Schütze gesteuert, welche die Ein-und Ausschaltung des betreffenden Gerätes durchführen. Diese Zwischenschütze wurden nicht eingezeichnet.
Hat nun das angesprochene Relais sein Zwischenschütz betätigt und hat dieses den Schaltvorgang eingeleitet, so erteilt nach dessen Beendigung der betreffende Endkontakt durch sein Schliessen der Leitung seine Rückmeldeimpulse. Diese besitzen etwa die doppelte Amplitude wie die Sendeimpulse, wodurch in beschriebener Weise das betreffende Rückmelderelais so lange anspricht, als der Endkontakt geschlossen bleibt. Ein weiterer, als Ruhestromkontakt ausgebildeter Endkontakt unterbricht nach beendetem Schaltvorgang den Spulenkreis des zugehörigen Steuerrelais, wodurch dieses nach einer durch die Kondensatoren 54 verursachten Abfallverzögerung von zirka 1/4 sec abfällt und auch sein Zwischenschütz zum Abfallen bringt. Diese Ruhestromkontakte sind bei jedem der Steuerrelais des Empfängers angebracht.
Diese verzögerte Selbstabsteuerung lässt auch dann den Einschaltmagneten genügend Zeit, wenn der Absteuerkontakt des Schalters voreilend öffnen sollte. Sollen Schalter mit Einschaltmotoren oder mit Druckluft betätigt werden, so muss die dem Steuerrelais nachfolgende Schalteinrichtung entsprechend abgeändert werden. Sollte nun infolge Versagens des Schaltgerätes dieses wieder in seine Ausgangsstellung zurückkehren (Erlöschen oder Ausbleiben des Rückmeldeimpulses), so muss der Schaltvorgang durch nochmaliges Drücken der Sendetasten wiederholt werden.
Der Generator für die Gruppenimpulse ist genau so wie der im Sender enthaltene aufgebaut und wurde an dieser Stelle ausführlich beschrieben.
Das Drücken der im Sender befindlichen Tasten 45 - 50 bedeutet, dass jede der 6 Tasten während der Betätigungsdauer der Leitung eine bestimmte, von den andern verschiedene negative Spannung übermittelt. Dabei erteilt die Taste 45 die kleinste und 50 die grösste Spannung. Die im Empfänger sitzenden Relais 45 - 50 sind so geschaltet, dass bei der kleinsten negativen Spannung das Relais 45 über den Klein- flächengleichrichter 88 und den Regelwiderstand 87 anspricht und bei der grössten in gleicher Weise das Relais 50 zum Ansprechen kommt. Jede einzelne Taste im Sender bringt also im Empfänger das zugehörige Relais zum Ansprechen.
Alle Relais mit Ausnahme von 45 sind mit einem Ruhestromkontakt versehen, der bei Betätigung den Stromkreis der spannungsmässig niedrigen Relais unterbricht, so dass immer nur ein Relais ansprechen kann. Als Bezugspunkt für die Ansprechungsspannung dient der negative Pol einer 12V-Batterie, deren positiver Pol geerdet ist. Für das Ansprechen eines Relais muss also die an der Leitung liegende Spannung um die Ansprechspannung grösser sein als 12 V. 0 Durch diese Massnahme und die Verwendung der Gleichrichter 88 wird eine unerwünschte Dämpfung der Leitungsimpulse und der Synchronisierspannung vermieden, so dass die Leistung der Impulsgeneratoren klein gehalten werden kann.
Bei positiveren Spannungen als-12 V arbeitet die Leitung im Leerlauf und wird nur bei darunterliegenden durch die Relaisspulen belastet. Da nur 6 verschiedene Spannungen gebraucht werden, können die Abstufungen so gewählt werden, dass mit einfachen, allerdings empfindlichen Rundrelais das Auslangen gefunden werden kann.
Das Relais 45 verursacht mit einem seiner Arbeitsstromkontakte über das Schütz 51 die Gesamtschaltung des Empfängers, wodurch der Transformator 35, der auch die Heizspannung der Röhren liefert, mit den Gleichrichtern 52 in Betrieb gesetzt wird. Das Relais besitzt ausserdem eine Selbsthaltewicklung, die über seinen zweiten Arbeitsstromkontakt von der 12 V-Batterie 96 gespeist wird und vermöge der es nach kurzem Impuls in angezogener Stellung verbleibt.
Das Relais 50 dient zur Abschaltung der Fernsteuerung im Empfänger. Einer seiner Ruhestromkontakte
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unterbricht beim Drücken der Taste 50 den Selbsthaltekreis des Relais 45, wodurch dieses einschliesslich des Schützes 51 abfällt. Die RC-Glieder 83,84 dienen zur Funkenlöschung und verhindern eine vorzeitige Abnützung der die Schützspulen betätigenden Relaiskontakte.
Das Relais 46 dient zur Durchführung der Kontrollmeldung. Zu diesem Zweck ist sein unterer Arbeitsstromkontakt mit dem Endkontakt z. B. 1/1 parallelgeschaltet, wodurch die Kontrollimpulse an die Leitung gelangen. Das Relais besitzt eine von der Batterie über einen Selbsthaltekontakt gespeiste Selbsthaltewicklung, die das Relais am vorzeitigen Abfallen hindert.
Das Relais 47 ruft bei seinem Ansprechen die Abschaltung der Kontrolle hervor, da sein unterer Ruhestromkontakt den Selbsthaltekreis des Relais 46 öffnet und dadurch dieses zum Abfallen bringt.
Das Relais 48 führt die Umschaltung des Empfängers von Fernsteuern auf Fernmessen durch. Es besitzt zu diesem Zweck einen unten befindlichen Umschaltekontakt, der im abgefallenen Zustand die Kontakte der Spalte Vlb mit dem Gleichrichter 40/VI über den Widerstand 28/VI verbindet. Ein geschlossener Kontakt der Endkontakte VI a bringt im Sender das entsprechende Relais für die Rückmeldung der Impulsreihe Via zum Ansprechen. Die Kontakte der Spalten VI b stellen die Impulskontakte der Fernmessgeber dar und betätigen senderseitig die entsprechendeh Empfangsrelais VIb. Relais 48 ist als Einschaltrelais wieder mit einer Selbsthaltewicklung versehen, so dass die Umschaltung auf Fernmessung beliebig lange aufrechterhalten werden kann.
Das Relais 49 bezweckt die Rückschaltung des Empfängers auf Fernsteuern, indem es mit seinem unteren Ruhestromkontakt den Selbsthaltekreis des Relais 48 unterbricht und es so zum Abfallen bringt.
Jedem Relais 45 - 50 ist ein Regelwiderstand 87 vorgeschaltet, mit dem der Ansprechwert jedes Relais eingestellt werden kann. Die Ansprechgenauigkeit eines Rundrelais beträgt etwa + 2go, ist also hinreichend genau, wenn die Betätigungsspannungen um den Faktor 1, 2-1, 5 auseinanderliegen, wodurch teuere Spannungsrelais nicht verwendet werden müssen. DieAnsprechstromstärke der Relais soll etwa 3 - 10 mA betragen, die bei Rundrelais leicht zu erfüllen ist.
IV. Zusammenfassung und Anwendung :
Es wurde ein Verfahren beschrieben, das durch seine Einfachheit und vollkommen exakte Funktion die Störanfälligkeit in Verbindung mit der Anwendung von Röhren und Kleinflächengleichrichtern an Stelle mechanisch bewegter Teile bedeutend herabsetzt. Die Zahl der übertragbaren Befehle ist gleich der der übertragbaren Rückmeldungen und gleich dem Produkt zweier Zahlen, u. zw. der Zahlen der Einzel- und Gruppenimpulse. Die Zahl der Röhren, die zur Übertragung eines Befehles nötig sind, hat
EMI7.1
auf 51/144 = 0, 35 Röhren für einen Befehl. Werden an Stelle der Röhren 56 Doppelpentoden verwendet, so ermässigt sich die erste Zahl auf 27/72 = 0, 38 und die zweite auf 39/144 = 0, 27 Röhren pro Befehl.
So können z. B. für die Röhren 56 die halbe Zahl der Typen EFF50 oder ELL1 verwendet werden. Als Leistungsverstärkerröhren wird die Type EL12 und für die Vorröhre 67 die Type EF42 oder auch EC40 verwendet. Als Thyratrons 22 eignen sich am besten die Schirmgitterkleinthyratrons der Type PL 21, die einen Dauerstrom von 100 mA führen können und die demzufolge nur mit etwa Solo ausgenützt werden und sehr hochohmig (bis zu 10 MOhm) gesteuert werden können. Als Thyratrons 55 können je nach der geforderten Steuerleistung die Typen PL 21, PL 17 oder PL 54 angewendet werden. Die verwendeten Kleinflächengleichrichter sind je nach ihrem Verwendungszweck für Dauerströme von 1 bis 20 mA auszulegen und sollen ein Rückstrom/Durchlassstromverhältnis von etwa 1/1000 aufweisen.
Der Platzbedarf der Fernsteuereinrichtung ist gering und es kann diese in einem einzigen Schalttafelfeld untergebracht werden. Als Leitung kann eine Ader eines Telephonkabels benützt werden, von der aber Einstreuungen periodischer Störspannungen mit zu grosser Amplitude ferngehalten werden müssen. Einzelne Störimpulse in gewissem Abstand, die grösser als zirka 30 V sind, wirken sich dagegen nicht schädlich aus, da die zu den Steuer- und Rückmelderelais parallel liegenden Kapazitäten das Relais erst beim 3. oder 4. Impuls ansprechen lassen, wogegen kleinere Impulse keinen Anodenstrom verursachen können.
Bei Verwendung geringer zusätzlicher Mittel ist es möglich, die Leitung vorübergehend auf Fernsprechbetrieb umzuschalten, welches aber im Schaltbild nicht eingezeichnet wurde.
Für den einwandfreien Betrieb der Steuerung ist an den Speisenetzen eine Spannungskonstanz von etwa lolo und eine Frequenzkonstanz von ; zo erforderlich. Grössere Spannungsschwankungen wirken sich schädlich auf die Röhrenheizung aus, haben aber keinen Einfluss auf den Gleichlauf der Einzelimpuls- und Gruppenimpulsgeneratoren, da erstere aus Gleichrichtern bestehen und letztere sich nicht entsynchronisieren können. Die Thyratrons können ohne Synchronisierimpulse nicht zünden, dadurch werden Spannungs- und Frequenzschwankungen bedeutungslos, wenn die Amplitude der Synchronisierimpulse reichlich bemessen wird.
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In den Anwendungsbereich dieser Fernsteuerung fallen besonders Kraftwerke, Schaltwerke, Gleichrichterwerke, Umspannwerke, Nieder-, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, die unbemannt betrieben werden sollen und räumlich sehr weit von der Zentrale entfernt liegen. Für die drei letzten Gruppen kann die Schalttafel des Senders mit einem Leuchtschaltbild versehen und die Fernbetätigung mit Steuerquittungsschaltern vorgenommen werden. Weitere Anwendungen ergeben sich in der Industrie überall dort, wo die Verwendung vieler Steuerleitungen auf Schwierigkeiten stösst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Eindrahtimpulsfernsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Sender, dessen p. n von Hand aus zu betätigenden Befehlsorgane in der Form einer Matrix angeordnet sind, wobei die Impulse der Impulsreihe eines Serienimpulsgenerators den einzelnen Spalten und die eines Gruppenimpulsgenerators den einzelnen Zeilen der Matrix zugeordnet sind, ausgesendeten Befehlsimpulse, die zyklisch von einem Synchronisierimpuls grösserer Amplitude eingeleitet werden, im Fernsteuerempfänger über elektronische Aussortierungsorgane an p.
n Empfangsrelais geleitet werden, die wiederum einzelnen Spalten und Zeilen zugeordnet sind, von denen bei dreifacher Koinzidenz der Serien-, Gruppen- und Leitungsimpulse das betreffende Empfangsrelais anspricht, welches den Schaltvorgang einleitet, wobei nach seiner Beendigung an derselben zeitlichen Stelle ein Rückmeldeimpuls grösserer Amplitude gebildet wird, der im Sender über gleichartig arbeitende elektronische Aussortierungsorgane aus einer Rückmelderelaismatrix das zugeordnete Rückmelderelais zum Ansprechen bringt, so dass ohne Verwendung zusätzlicher Impulsreihen für jeden Befehlsimpuls ein Rückmeldeimpuls zur Verfügung steht, wobei für p. n Befehle und Rückmeldungen nur p + n Aussortierungsröhren erforderlich sind.