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Anordnung zur zentralen Erfassung von an einer Anzahl von örtlich
getrennten Meßstellen anfallenden Meßgrößen Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur zentralen Erfassung von an einer Anzahl von örtlich getrennten Meßstellen in
Form von Impulsen anfallenden Meßgrößen, wobei die übermittelte Impulszahl ein Maß
für die betreffende Meßgröße darstellt. Die Anwendung der Erfindung ist vorzugsweise
in großen Industriewerken vorteilhaft, wo an den verschiedenen Stellen Meßergebnisse
anfallen, die zentral registriert und ausgewertet werden sollen.
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In chemischen Werken besteht z.B. häufig die Aufgabe, im Produktionsprozeß
an zahlreichen Meßstellen Energieverbrauch und Durchflußmenge zu messen und die
Meßergebnisse zentral zu registrieren.
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Dazu wird jeder Meßstelle ein Zähler zugeordnet, der pro Energie-
bzw. Mengeneinheit einen Meßimpuls an die von der betreffenden Meßstelle zur Zentralstelle
führende Meßleitung gibt. Die Anzahl solcher jeweils während einer bestimmten Zeiteinheit
eintreffenden Meßimpulse ist dann ein Maß für den Energieverbrauch bzw. die Durchflußmenge
an der Meßstelle. Bei einer bekannten Anordnung wird jeder Meßleitung in der Zentralstelle
ein Zählmagnet zugeordnet, der die Meßimpulse zählt und speichert.
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Um eine Mittelwertbildung der Meßergebnisse vorzunehmen, wird der
Speicherinhalt eines Zählmagneten nach jeweils einem bestimmten Zeitabschnitt -
im folgenden als Registerperiode bezeichnet - von einer elektrischen Schreibmaschine
oder einer Lochkartenmaschine registriert, und gleichzeitig wird der Zählmagnet
wieder in Nullstellung gebracht.
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Eine solche Registrieranordnung hat jedoch den Nachteil, daß die
zahlreichen Kontakte und mechanischen Steuerglieder der Zählmagnete und Abfrageschalter
(z. B. Drehwähler) einen großen Verschleiß haben, so daß eine ständige Wartung erforderlich
ist.
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Außerdem sind die Schaltzeiten der elektromechanischen Anordnungen
relativ hoch. Schließlich ist auch der wirtschaftliche Aufwand recht erheblich,
denn in einer Registrierzentrale werden z. B. für tausend Meßstellen mit jeweils
maximal tausend Impulsen pro Registrierperiode dreitausend Zählmagnete mit je zehn
Zählstufen gebraucht.
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Es ist auch bereits bekannt, bei der Fern- und Summenfernzählung
an der Zentralstelle außer den gesonderten Speichervorrichtungen für jede Meßstelle,
die gleichzeitig die Zählung für die zugeordneten Meßstellen vornehmen, eine allen
Meßstellen gemeinsame Summenzählvorrichtung vorzusehen. Weiterhin ist auch bekannt,
zur Überwachung des Füllungsgrades mehrerer Sammelbehälter bei getrennten Anzeigevorrichtungen
für die einzelnen Behälter eine gemeinsame Meßanordnung vorzusehen, die zyklisch
an
die einzelnen Behälter einerseits und die zugeordneten Anzeigevorrichtungen andererseits
angeschaltet werden, so daß eine gleichzeitige Überwachung aller Füllungsgrade ermöglicht
wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung dient zur elektronischen Zählung und
Registrierung der in Form von Impulsen von einer großen Anzahl von Meßstellen angelieferten
Meßergebnisse, wobei die Impulshäufigkeit ein Maß für die betreffende Meßgröße ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Anordnungen wesentlich zu vereinfachen.
Sie bezieht sich also auf eine Anordnung zur zentralen Erfassung von an einer Anzahl
von örtlich getrennten Meßstellen in Form von Impulsen anfallenden Meßgrößen, wobei
die von einem bestimmten Anfangszeitpunkt an, jeweils von einer Meßstelle zur Zentralstelle
übermittelte Impulszahl ein Maß für die betreffende Meßgröße ist. Die Erfindung
geht von einer Anordnung aus, die an der Zentralstelle einen elektronischen Speicher,
der für jede Meßstelle einen gesonderten Speicherbereich (Speicherzelle) aufweist,
eine elektronische Zählvorrichtung und ein Steuerwerk enthält. Die Erfindung besteht
darin, daß das Steuerwerk in einem Zyklus, dessen Wiederholungsperiode in an sich
bekannter Weise kleiner als die kleinste auftretende Zeit zwischen zwei von irgendeiner
der Meßstellen an die Zentralstelle abgegebenen Impulsen ist, nacheinander für jede
Meßstelle die Übertragung des Inhalts der ihr zugeordneten Speicherzelle in die
Zählvorrichtung bewirkt, dann eine Erhöhung des Zählerinhalts um eine Einheit durchführt,
wenn in der letzten Wiederholungsperiode ein
Impuls von der betreffenden
Meßstelle eingetroffen ist, und schließlich die Rückübertragung des neuen Zählerinhalts
in die Speicherzelle durchführt.
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An Hand der Fig. 1 soll die Arbeitsweise der erlllndungsgemäßen Anordnung
an einer speziellen Ausführungsform näher erläutert werden. Die Meßstellen, die
mit M1, M2, .... . M bezeichnet sind, sind über Torschaltungen Tt, T2, .... . T
und eine Oder-Schaltung V an einen für alle Meßstellen gemeinsamen Zähler Z angeschlossen.
Das Steuerwerk besteht im wesentlichen aus einer Impuls quelle 1 und einem Schieberegister
Sch. Über eine Torschaltung Tx kann der Zählerinhalt in einen Speicher Sp und über
eine Torschaltung 135 der Inhalt einer Speicherzelle wieder in den Zähler übertragen
werden.
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Jeweils in einem bestimmten Zeitabschnitt - im folgenden als Wiederholungsperiode
bezeichnet -werden die Torschaltungen .... . Tn durch von dem Schieberegister Sch
gelieferte Impulse der Reihe nach kurzfristig geöffnet, so daß ein von einer Meßstelle
eingetroffener Meßimpuls zu einem dieser Meßstelle entsprechenden Zeitpunkt über
die Oder-Schaltung V an den Eingang des Zählers Z gelangt. Dabei ist die Wiederholungsperiode
kürzer als der kleinste vorkommende Abstand zwischen zwei von einer Meßstelle gelieferten
Meßimpulsen, und die zeitliche Länge jedes Meßimpulses ist zweckmäßigerweise etwa
gleich der Zeit einer Wiederholungsperiode.
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Durch das n-stellige Schieberegister Sch wird ein zu Beginn einer
Wiederholungsperiode in seine erste Stelle eingespeister »Ein«-Impuls, der von der
Klemme C der Impulsquelle 1 geliefert wird, während einer Wiederholungsperiode durch
n von der Klemme a der Impuls quelle I gelieferte Schiebeimpulse hindurchgeschoben.
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Der Speicher Sp enthält n Speicherzellen, von denen jede einer der
n Meßstellen zugeordnet ist.
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Bei z. B. n = tausend Meßstellen und maximal tausend Meßimpulsen pro
Registerperiode ist eine Speicherkapazität von 1000 4 3 = 12000 bits erforderlich,
wenn die Meßimpulse in Form von tetradenverschlüsselten dreistelligen Dezimalzahlen
gespeichert werden. Synchron mit den Öffnungszeiten der Tore T,... Tn wird von der
Klemme a der Impulsquelle 1 der Speicher Sp zyklisch auf die jeweils nächste Speicherzelle
weitergeschaltet und durch Impulse von der Klemme b über das Stromtor Ts bewirkt,
daß der Inhalt dieser Speicherzelle in den Zähler Z übertragen wird. Zu diesem Zählerstand
wird der eventuell während der vorhergehenden Wiederholungsperiode von der zugeordneten
Meßstelle eingetroffene Meßimpuls hinzuaddiert. Die von der Klemme b gelieferte
Impuls folge hat die gleiche Folgefrequenz wie die Impulsfolge der Klemme a, ist
aber dieser gegenüber etwas verzögert. Der neue Zählerstand wird in die gleiche
Speicherzelle zurückübertragen und gleichzeitig der Zähler wieder auf Null gestellt.
Darauf wiederholt sich das gleiche Spiel, veranlaßt durch den nächsten Impuls von
der Klemme a, wobei die nächste Torschaltung geöffnet ist. Nachdem alle n Meßstellen
abgefragt sind, d. h. nach einer Wiederholungsperiode, wird ein neuer »Eins «-Impuls
in das Sciüeberegister Sch eingespeist, und eine neue Wiederholungsperiode beginnt.
In Fig. 2 ist in den Zeilen a, b und c das Impulsschema der Impulsquelle 1 dargestellt.
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Da das Zähl-, Speicher- und Steuerwerk elektronisch arbeiten, dauert
der Speichervorgang pro Spei-
cherzelle nur etwa 50 bis 100 as. Eine Wiederholungsperiode
kann dann bei z. B. tausend Meßstellen kürzer als 0,1 Sekunden sein, d. h., die
von den Meßstellen gelieferten Meßimpulse können in einer zeitlichen Aufeinanderfolge
bis zu 0,1 Sekunde auftreten, und die von der Impulsquelle I gelieferten Impulsfolgen
a und b haben in diesem Falle eine Folgefrequenz von 10 kIIz, die Impulsfolge c
eine solche von 10Hz.
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Jeweils am Ende einer Registrierperiode wird der Inhalt der einzelnen
Speicherzellen unter gleichzeitiger Löschung des Speichers von einer elektrischen
Schreibmaschine, einer elektronischen Auswerteinrichtung, einem Magnetband oder
einer ähnlichen Anordnung registriert. Die derart registrierten Ergebnisse stellen
einen Mittelwert der Durchlaufmenge bzw. des Stromverbrauchs einer Meßstelle während
der betreffenden Registrierperiode dar.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der
zur Weiterleitung der gespeicherten Meßimpulse an die Registriereinrichtung der
gleiche Zähler Z wie zur Zählung der von den Meßstellen eintreffenden Meßimpulse
verwendet wird. Fig. 2 zeigt ein Impulsschema zur Erläuterung der Wirkungsweise
der Anordnung. Jeweils am Ende einer Registrierperiode liefert eine Synchronuhr
U (Fig. 1) einen Schaltimpuls, der z. B. einen bistabilen Multivibrator B, umkippt
und dadurch eine Torschaltung Tt öffnet, so daß der nächste c-Impuls der Impulsquelle
1 die Torschaltung Tt passiert und dadurch einen bistabilen Schalter B2 umkippt.
Durch Schalter B2 wird das normalerweise geöffnete Tor Tx geschlossen und das Tor
Ty geöffnet, so daß der Zähler zwar weiter zyklisch den Inhalt der Speicherzellen
aufnimmt, einen eventuell während der vorhergehenden Wiederholungsperiode von der
betreffenden Meßstelle eingetroffenen Meßimpuls hinzu addiert, nun aber das Ergebnis
nicht in den Speicher Sp zurücküberträgt, sondern auf die Registrierieitung L gibt.
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Während der auf den Uhrimpuls von der Uhr, der in Fig. 2 in Zeile
d dargestellt ist, folgenden Wiederholungsperiode werden auf diese Weise die Speicherzelleninhalte
und damit die während der vorhergehenden Registrierperiode von den jeweiligen Meßstellen
Mt . . . Mn gelieferten Summen der Meßimpulse unter gleichzeitiger Leerung des Speichers
Sp über die Registrierleitung L der Reihe nach auf eine Registrier- oder Anzeigevorrichtung
gegeben. Der am Ende dieser Wiederholungsperiode über Torschaltung Tt eintreffende
nächste c-Impuls kippt den bistabilen Schalter B. wieder in seine Ursprungslage
zurück. Dadurch wird der Zähler Z von der Registrierleitung L abgeschaltet, und
der Zählerinhalt wird nach eventuell erfolgter Addition des Wertes »Eins« jeweils
wieder in die entsprechenden Speicherzellen zurückübertragen.
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Das Zurückkippen des Schalters B2 bewirkt gleichzeitig einen Eingangsimpuls
an dem bistabilen Multivibrator B,, so daß dieser zurückkippt. Dadurch sinkt das
Potential am Eingang der Torschaltung Tt so weit, daß diese für die folgenden c-Impulse
gesperrt bleibt. Erst der am Ende der folgenden Registrierperiode von der Synchronuhr
U gelieferte Schaltimpuls öffnet die Torschaltung Tt erneut und leitet dadurch einen
gleichen Registriervorgang ein.
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In Fig. 2 zeigt Zeiled das Auftreten eines Uhrimpulses am Eingang
von B,, Zeile e zeigt die von der bistabilenAnordnung gelieferte Öffnungsspannung
für
das Tor Tt. Demgemäß werden nur die beiden c-Impulse in Zeile f zum Schalter B2
hindurchgelassen so daß die Verbindung vom Zähler zum Speicher gerade während einer
Wiederholungsperiode unterbrochen wird und statt dessen die Verbindung zur Leitung
L hergestellt. Die Schalterstellung von B2 ist in Zeile g dargestellt. Zeile h zeigt
den durch das Rückkippen des Schalters B, erzeugten, dem Schalter B1 zugeführten
Impuls, der das Schließen des Tores am Ende der ausgewählten Wiederholungsperiode
bewirkt.
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Fig. 3 zeigt die spezielle Ausführungsform für eine Eingangsschaltung
des Zählwerks Z, die auch für andere Zwecke als die vorstehend geschilderte Festmengenregistrierung,
z. B. in zentralen Gliedern von Fernsprechzentralen vorteilhaft angewandt werden
kann. .... . M stellen wieder die Meßstellenkontakte dar, deren Stellungen über
die Torschaltungen .... . T und die Oder-Schaltung V auf einen Schmidt-Trigger ST
oder ähnlichen Komparator übertragen werden. Am Ausgang des Schmidt-Triggers od.
ä stehen an m und m Impulspotentiale, die der Stellung des entsprechenden Meßstellenkontakts
entsprechen. Über Dioden D1 und D2 werden die Kondensatoren C1 bzw. C aufgeladen,
je nachdem, ob der betreffende Meßstellenkontakt geöffnet oder geschlossen ist.
Von der Klemme b der Impulsquelle wird ein Abfrageimpuls den Kondensatoren C1 und
C., zugeführt, welcher über die Dioden, bzw. D4 die erste Flip-Flop-Stufe F1 des
Zählers Z stellt, nachdem vorher der Speicherinhalt in den Zähler eingespeist worden
ist. Nur wenn die gerade abgefragte Meßstelle eine andere Stellung besaß als zuvor,
so daß also auch der Schmidt-Trigger an einer anderen Ausgangsleitung als das vorige
Mal ein Impulspotential abgibt, wird das Flip-Flop F1 seine Stellung wechseln. Wenn
also in vielen Zyklen von einem bestimmten Meßstellenkontakt dieselbe Meßschalterstellung
abgefragt wird, bleibt der Zähler in der gleichen Lage wie beim ersten Abfragen
und wechselt erst, wenn auch die Meßschalterstellung gewechselt hat. Der Ausgang
des Flip-Flops F1 ist mit dem Wechseleingang des Flip-Flops F2 und dessen Ausgang
mit dem Wechseleingang des Flip-Flops F3 verbunden, so daß diese drei Flip-Flops
z. B. einen Teil der ersten Dekade des Zählwerks Z bilden können.