<Desc/Clms Page number 1>
Mehrkanal-Fernmesssystem
Die Erfindung bezieht sich auf Mehrkanal-Fernmesssysteme, und zwar insbesondere auf ein solches, bei dem Messgrössen zu übertragen und fernanzuzeigen sind, die in Gestalt von Gleichspannungen vorliegen. Das System ist für den Einsatz auf Wechselstromtelegraphiekanälen gedacht, aber nicht hierauf beschränkt.
Das Bedürfnis der Fernübertragung von Messwerten hat in den letzten Jahren zu einem Spezialgebiet der Messtechnik, eben zur Fernmesstechnik, geführt. Insbesondere in den Elektrizitätsversorgungsunternehmen, in den Gas- und Wasserwerken sowie im Bergbau hat die Fernmesstechnik eine erhebliche Bedeutung gewonnen. So müssen beispielsweise in den modernen elektrischen Verbundnetzen von den zu einem Netz gehörigen Kraftwerken Messwerte zu einem oder mehreren Lastverteilern übertragen werden. Bei Gas- und Wasserwerken handelt es sich um die Aufgabe, Ferngas- oder Wasserleitungen zu überwachen, Wasserstände von Hochbehältern zu messen usw.
Entsprechend der Vielgestaltigkeit der Aufgaben hat sich eine ganze Reihe von elektrischen Fernmesssystemen entwickelt. Für grössere Entfernungen und für Anwendungsfälle mit hohem Störpegel auf dem Übertragungsweg haben sich jedoch in der Hauptsache Impulssysteme durchgesetzt. Das bekannteste hievon ist das Impulsfrequenzsystem. Es besteht darin, dass die elektrische Messgrösse durch eine Impulsfolge variabler Frequenz übertragen wird. Die Grenzen, innerhalb derer die Pulsfrequenz schwanken kann, liegen im allgemeinen zwischen 3 und 25 Hz, so dass der Impulszug über einen Wechselstromtelegraphiekanal von 50baud übertragen werden kann. Ein normaler Telephoniekanal von 3, 4kHz Bandbreite lässt sich damit zur Übertragung von 24 Fernmesskanälen ausnutzen.
Es ist bekannt, dass dies noch nicht die Grenze der Ausnutzbarkeit darstellt. Bei einem neueren System gestattet beispielsweise ein Telephoniekanal die gleichzeitige Übertragung von 120 Messwerten. Es liegt daher die Frage nahe, ob sich auch ein WT-Kanal seinerseits zur Mehrfachausnutzung durch Fernmesskanäle eignet. Zur Beantwortung dieser Frage müssen die geforderte Genauigkeit der Übertragung und die Bandbreite des Fernmesskanals bekannt sein.
Typische Werte hiefür sind : Genauigkeit 1%
Bandbreite 1/2 Hz (eine Abtastung je Sekunde).
Legt man diese Werte zugrunde, so ergibt sich theoretisch, dass in einem WT-Kanal mit einer Telegraphiergeschwindigkeit von 50 baud und Telegraphie-Verzerrungen von 5% die Übertragung von etwa 15 Fernmesskanälen möglich ist.
Aus zwei Gründen ist es nicht zweckmässig, diese Möglichkeit voll auszunutzen. Erstens wird der Aufwand an Geräten dabei untragbar gross, und zweitens ist aus betrieblichen Gründen die Zusammenfassung einer so grossen Zahl von Kanälen häufig nicht zweckmässig. Das noch zu schildernde System nach der Erfindung ist daher vorzugsweise für fünf Kanäle gedacht, ohne jedoch in seiner Anwendung auf diese Kanalzahl beschränkt zu sein.
Es ist bekannt, zu Synchronisierzwecken einen Impuls aufzuzeichnen (vergleiche österr. Patentschrift Nr. 198355).
Es ist weiters bekannt gemäss deutscher Patentschrift Nr. 947294, dass man unter Anwendung des Impalsabstandsverfahrens zwei oder mehr verschiedenartige Messwerte (z. B. Wasserstand, Druck, Temperatur) über denselben Fernübertragungsweg übertragen könne, indem man die zur Übertragung dieser ver-
<Desc/Clms Page number 2>
schiedenen Messgrössen dienenden Geber und Empfänger entsprechend ihrer gegenseitigen Zuordnung mittels geber-und empfängerseitig angeordneter Synchronverteiler periodisch und in vorgegebener Reihenfolge abwechselnd an die Fernübertragungsleitung legt.
Weiters ist auch eine Speicherung der Impulse auf der Empfangsseite bekannt, wie es aus der österr.
Patentschrift Nr. 175933 und der franz. Patentschrift Nr. l. 224. 913 hervorgeht.
Es ist Aufgabe der Erfindung. einMehrkanal-Fernmesssystem anzugeben, das zur Übertragung verschiedener Messgrössen, die in Gestalt von Gleichspannungen vorliegen, nach dem Zeitmultiplex dient.
Das erfindungsgemässe Mehrkanal-Fernmelisystem für in Gestalt von Gleichspannungen vorliegende Messgrössen, insbesondere zum Einsatz in Wechselstromtelegraphiekanälen, bei dem die verschiedenen Messgrössen nach dem Zeitmultiplexprinzipin der Form einer durch den Abstand der beiden kurzen Impulse jedes Impulspaares bestimmten Doppelimpulsmodulation übertragen werden und bei dem eine Synchronisierschaltung für Sender und Empfänger vorgesehen ist, wobei ein Impuls der übertragenen Impulsreihe durch eine abweichende Länge ausgezeichnet ist und empfängerseitig eine auf diesen Impuls ansprechende Einrichtung die Synchronisierung des Empfängers hervorruft, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalzyklus arhythmisch in der Weise gebildet wird,
dass durch den zweiten Impuls des Paares eines vorangehenden Kanals in definiertem Abstand der erste Impuls des Paares des nachfolgenden Kanals ausgelöst wird, der senderseitige und empfängerseitige Verteiler in Abhängigkeit von jeweils einer Impulsschaltung geschaltet ist, wobei senderseitig in der letzten Stufe der Zählschaltung der zweite Impuls durch seine abweichende Länge ausgezeichnet ist, und empfängerseitig der zweite. Impuls der letzten Stufe einer die Impulslänge kontrollierenden Prüfschaltung zugeführt ist.
Folgende Überlegungen waren für die Zahl des Systems massgebend : Gegenüber einer Pulslängenmodulation hat die Doppelimpulsmodulation den Vorteil, dass der Messwert als Zeitdifferenz zweier gleichartiger (z. B. ansteigender) Flanken dargestellt wird. Einerseitige Verzerrungen, wie sie in der Telegraphie z. B. durch Pegelschwankungen bei unvollständiger Regelung, durch Abnutzung des Telegraphenrelais, durch Speisespannungsschwankungen usw. auftreten, beeinflussen daher die Übertragung nicht. Durch diesen Vorteil wird der Nachteil des gegenüber Pulslängenmodulation etwas erhöhten Zeitbedarfs mehr als
EMI2.1
Signals notwendig ist, um zu verhindern, da !' zwei Impulse benachbarter Kanäle einander zeitlich zu nahe kommen, ist dies im arhythmischen Falle nicht notwendig.
Gerätetechnisch drückt sich der Vorteil des arhythmischen Systems im Wegfall eines Taktgenerators aus.
Im Rahmen des Systems nach der Erfindung wird in vorteilhafter Weise ein neuartiger Modulator und Demodulator-Verstärker eingesetzt.
Das System nach der Erfindung samt seinen wesentlichen Bauelementen soll nun auf Grund eines Ausführungsbeispiels mit 5 Kanälen und an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen Impulszug eines Kanalzyklus, Fig. 2a gibt das Gesamtsystem im Blockschaltbild wieder, während Fig. 2b zugehörige Er1 : uterungsdiagramme zeigt. Fig. 3 stellt schematisch die Sendeseite, Fig. 4 die Empfangsseite dar. Fig. 5 zeigt einen Speicherverstärker.
Fig. 1 zeigt einen Impulszug, wie er bei der Übertragung von 5 Messwerten (5 Kanäle K1 - K5) auftritt. Beträgt die Abtastperiode eine Sekunde, so stehen im ungünstigsten Fall (in sämtlichen Kanälen Messwert 1000/0) für jeden Kanal 200 ms zur Verfügung. Hievon gehen 80 mm als "Totzeit" ab, dievon beiden Impulsen und den dazwischenliegenden Pausen beansprucht wird, wenn der Messwert CP/o vorliegt (siehe Kanal 3).
Als"Zeithub"verbleiben'somit 120 ms. Diese Grösse ist massgebend für die Genauigkeit der Übertragung. Da einer Messwertänderung von 1% eine Zeitdifferenz von 1, 2 ms entspricht, ergibt umgekehrt eine Zeichenverzerrung von 1,2 ms einen Fehler von 1%. In einem 50 Bd-Kanal mit einer Schrittlänge von 20 ms sind die Wo Zeichenverzerrungen. Wie bereits erwähnt, gehen jedoch nicht die gesamten Verzerrungen, sondern nur die unregelmässigen Verzerrungen (hervorgerufen durch Nachbarkanalbeeinflussung und Fremdspannungen) sowie die Einschwingverzerrungen (hervorgerufen durch das Einschwingen der Filter) als Störungen ein.
Fig. 2a zeigt das Blockschaltbild des Systems. Es setzt sich zusammen aus der Sendeanordnung 1 und der Empfängeranordnung 3. Der Fernwirk-Übertragungskanal ist mit 2 bezeichnet.
Die Eingangsklemmen auf der Sendeseite für die Kanäle sind wie die Kanäle selbst mit K1 - K5 bezeichnet, die empfangsseitigen Ausgangsklemmen mit Kl'-K5'.
Der Sendeverteiler 4 schaltet die einzelnen Kanäle nacheinander an der Modulationseinrichtung 5.
<Desc/Clms Page number 3>
Der vom Demodulator 6 gesteuerte Empfangsverteiler 7 verteilt die Kanäle auf individuelle Speicherverstärker 8.
Auf die Fig. 2b wird im Zusammenhang mit der Schilderung desModulations-unddesDemodulations- Prinzips eingegangen werden.
Durch Fig. 3 ist schematisch ein Beispiel für die vollständige Sendeanordnung wiedergegeben. Die gesamte dargestellte Anordnung ist allen Kanälen gemeinsam.
Die Messwerte der 5 Kanäle, die voraussetzungsgemäss als (langsam veränderliche) Gleichspannungen vorliegen, werden vom Sendeverteiler 4 nacheinander an die Eingangsklemmen 9, 10 des Modulators 11 gelegt. An den Ausgangsklemmen 12, 13 der Sendeanordnung erscheinen die zwei Impulse eines Impulspaares, deren gegenseitiger Abstand eine Funktion des Messwertes ist.
In einem definierten Zeitabstand von z. B. 20 ms vom zweiten Impuls des Paares gibt die monostabile Kippschaltung MM2 über Gleichrichter Gl 1 und Kondensator Cl einen Impuls an die bistabile Kippschaltung BM 1 ab. Damit wird ein nachfolgender Kanal in Behandlung genommen.
Die bistabile Kippschaltung Bml liefert über C2, Gl 2 zu dessen Fortschaltung einen Impuls an den Sendeverteiler 4, der daraufhin den nächsten Kanal an die Eingangsklemmen 9, 10 legt. Ferner liefert sie einen Impuls an die monostabile Kippschaltung MM1, die daraufhin den ersten Impuls des Impulspaares dieses Kanals auslöst und auf den Ausgang 12, 13 gibt. Die Länge dieses Impulses beträgt im Beispiel 20 ms.
Der gleiche von der Kippschaltung BMI abgegebene Impuls, der den Sendeverteiler fortschaltet, gibt vermöge der Sperrung des Gleichrichters Gl 3 den Ladekreis für den Kondensator C3 frei. Dieser Kondensator, der in Reihe zwischen einem Punkt 14 negativen Potentials und dem Bezugspotential (Erde). liegt, lädt sich nun von diesem Zeitpunkt ab über den Widerstand RI auf. Seine Spannung steigt nach Fig. 2b gemäss der Kurve 15 linear an. Der dem Bezugspotential (Erde) abgewendete Belag des Kondensators C3 liegt ferner über eine Wicklung eines Transformators Tr 1 an der Basis eines Tran- sistors Tl, andessenEmitterdieandenEingangsklemmen 9, 10 liegende, an einem Widerstand R2 abgenommene Messspannung angelegt ist.
Der Kollektor dieses Transistors ist über die zweite Wicklung des Transformators Tr 1 an den Punkt negativen Potentials 14 geführt.
Solange die am Kondensator C3 und damit an de : Basis des Transistors T 1 stehende Spannung kleiner ist als die am Emitter liegende Messspannung, ist der Transistor gesperrt. Erreicht nun die Spannung am Kondensator C3 bzw. an der Basis die am Emitter liegende Messspannung, so wird der Transistor leitend und erzeugt dadurch über dieRUckkopplungswicklung des Transformators Tr 1 einen kurzen Impuls.
Dieser wird über GI 4, C4 der bistabilenKippschaltung BMl zugeleitet und bringt diese zum Kippen, woraufhin über Gl 5, C5 ein Impuls an die monostabile Kippschaltung MM1 geliefert wird,
EMI3.1
B.tung MM1 erzeugte Impuls wird ausser auf den Ausga g 12, 13 auch an eine monostabile Kippschal- tung MM2 geliefert, und zwar über G16, C6, die, wie eingangs beschrieben, in definiertem Zeitabstand den Startimpuls für die Behandlung des nächsten Kanals abgibt.
Die Verbindung über Gleichrichter Gl 7, C7, dient dem Zweck, ein unerwünschtes Zurückkippen der monostabilen Kippschaltung MM1 zu verhindern.
Der Modulator 11 zeichnet sich dadurch aus, dass die Zeitkonstante des Spannungsanstieges (15,
EMI3.2
kann durch Verwendung eines Silizium-Transistors mit sehr geringem Reststrom vernachlässigbarkleingemacht werden.
Nach dieser Erläuterung der Arbeitsweise der Sendeanordnung und insbesondere des Modulators 11 ist die Darstellung der Fig. 2b in deren ersten beiden Zeilen ohne weiteres verständlich. Dort sind also über der Zeit Spannungsamplituden aufgetragen, nämlich die Aufladekurven 15 des Kondensators C3 und die am Eingang des Modulators liegenden Messspannungen von Kanälen K1, K2 und K3. Wie beschieben, entsteht zum Zeitpunkt des Beginnes der Kondensatorenaufladung der erste Impuls eines Paares (z. B. linker Impuls des Paares Kl in der zweiten Zeile der Fig. 2a), während der zweite zu dem Zeitpunkt ausgelöst wird, wenn die Kondensatorenspannung gleich der Messspannung des Kanales wird.
Wie schon festgestellt, soll der zweite Impuls des letzten Kanales (im Beispiel des 5. Kanales) des Zyklus zu Synchronisierungszwecken durch eine besondere Länge ausgezeichnet werden. Zu diesem Zwekke ist die Koinzidenzschaltung 16 vorgesehen. Dieser Koinzidenzschaltung wird von der bistabilen
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
notwendige Speicherung der einzelnen Impulse bis zum Eintreffen des jeweilig nächsten Impulses kann in diesem Falle nicht durch Filter vorgenommen werden, da es sich um ein arhythmisches Übertragungsverfahren handelt. Aber auch bei einem rhythmischen Verfahren wäre die Anwendung von Filtern zur Speicherung unwirtschaftlich, da die notwendige Grenzfrequenz von 1/2 Hz zu untragbar grossen Reaktanzen führen würde.
Daher erfolgt die Speicherung in Kondensatoren, die beim Abtasten durch denRelaiskontakt r (Fig. 4) auf die Massspannung aufgeladen werden. Damit bis zum Eintreffen des folgenden Impulses keine nennenswerte Entladung stattfindet, muss der Eingangswiderstand des folgenden Verstärkers möglichst hoch sein.
Dies lässt sich in der Schaltung nach Fig. 5 erreichen, worin C17 der Speicherkondensator und T3 und T4 Siliziumtransistoren sind. Der Eingangswiderstand dieser Schaltung beträgt cRg (ct'= Stromverstärkung in Emitterschaltung). Bei einem a'von 30 und RE = 1 kss wird Ri = 900 k. Ein der Eingangsspannung proportionaler Strom lässt sich am Kollektor von T2 entnehmen. In Übereinstimmung mit Fig. 1 ist dieser Punkt mit K'bezeichnet, während 26 ein Anzeigeinstrument ist.
Um zu vermeiden, dass der Verstärker bis zur Spannung 0 V herab betrieben wird, wobei die Nichtlinearität der Transistorkennlinien zur Wirkung käme, wird dem Ausgangsstrom über Rv ein Strom entgegengesetzter Richtung überlagert. Die Anzeige 0 ergibt sich deshalb schon bei einer gewissen negativen Eingangsspannung. Gleichzeitig wird dadurch die am Eingang des Modulators addierte Vorspannung wieder abgezogen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrkanal-Fernmesssystem für in Gestalt von Gleichspannungen vorliegende Messgrössen, insbesondere zum Einsatz in Wechselstromtelegraphiekanälen, bei dem die verschiedenen Messgrössen nach dem Zeitmultiplexprinzip in der Form einer durch den Abstand der beiden kurzen Impulse jedes Impulspaares bestimmtenDoppelimpulsmodulation übertragen werden und bei dem eineSynchronisierschaltung für Sender und Empfänger vorgesehen ist, wobei ein Impuls der übertragenen Impulsreihe durch eine abweichende Länge ausgezeichnet ist und empfängerseitig eine auf diesen Impuls ansprechende Einrichtung die Synchro- nisierurg desEmpfängershervorruft, dadur ch ge ke nnze ic hnet, dass der Kanalzyklus arhythmisch in der Weise gebildet wird,
dass durch den zweiten Impuls des Paares eines vorangehenden Kanales in definiertem Abstand der erste Impuls des Paares des nachfolgenden Kanales ausgelöst wird, der senderseititige und empfängerseitige Verteiler in Abhängigkeit von jeweils einer Impulsschaltung geschaltet ist, wobei senderseitig in der letzten Stufe der Zählschaltung der zweite Impuls durch seine abweichende Länge ausgezeichnet ist, und empfängerseitig der zweite Impuls der letzten Stufe einer die Impulslänge kontrollierenden Prüfschaltung zugeführt ist.