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Anordnung von logischen Verknüpfungselementen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Anordnung von logischen Verknüpfungselementen zum Aufbau von antivalenten
Steuer- und Verriegelungskreisen, die mit statischen Binärsignalen arbeiten, wobei
die Verknüpfungsschaltung aus antivalentsymmetrisch aufgebauten Und-Nicht- bzw.
Oder-Nicht-Elementen besteht.
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Mit der Einführung - logischer Verknüpfungselemente in die Steuerungstechnik
traten bei all den Schaltungsaufgaben, bei denen es auf absolute Zuverlässigkeit
der Verknüpfungselemente ankam, Schwierigkeiten in der Sicherstellung der Signalgabe
auf, wenn es sich um statische Signale, d. h. Dauersignale im Gegensatz zu Impulssignalen,
handelte. Die Gefahr bei solchen Schaltungen lag darin, daß bei einem Fehler, beispielsweise
in einem Verknüpfungselement, ein falsches Signal gegeben werden konnte, ohne daß
dies bemerkt wurde. Zur Abhilfe dieses Mangels wurden die Schaltungen mit logischen
Verknüpfungselementen antivalent, d. h. zweikanalig aufgebaut, wobei einem Verknüpfungselement
in dem einen Kanal, beispielsweise einem Und-Element, entsprechend dem de Morganschen
Theorem ein Oder-Element in dem anderen Kanal entsprach. Durch diese Technik wurde
die Sicherheit logischer Verknüpfungsschaltungen erhöht und außerdem die Möglichkeit
eingeführt, durch eine Antivalenzkontrolle jeden auftretenden Fehler zu erkennen.
Bei solchen Antivalenzschaltungen werden in einem Kanal nur L-Signale und in einem
anderen Kanal nur 0-Signale verarbeitet.
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Zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens ist es erforderlich,
auf die bisherige Technik beim Aufbau antivalenter Schaltungen mit logischen Verknüpfungselementen
näher einzugehen. Dazu dienen die F i g. 1 und 2. Als Beispiel diene die schematische
Darstellung einer mit logischen Verknüpfungselementen antivalent aufgebauten bekannten
Schaltung zur Steuerung und Verriegelung eines Sammelschienentrenners einer Hochspannungsschaltanlage
mit Doppelsammelschienen. In F i g. 1 ist diese Schaltung nur mit aktiven Verknüpfungselementen
und in F i g. 2 mit aktiven, passiven und Nicht-Elementen aufgebaut.
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Bei aktiven Verknüpfungselementen findet eine Verstärkung der Eingangssignale
statt, und es bestehen keine technologisch bedingten Vorschriften hinsichtlich der
Reihenschaltung von Und- und Oder-Elementen.
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Bei den passiven Verknüpfungselementen fehlt die Uerstärkerstufe,
wodurch der Aufwand reduziert wird, dafür lassen sich aber keine passiven Oder-Elemente
vor Und-Elemente schalten. Es darf also nur ein Und-Element vor ein Oder-Element
geschaltet werden. Dadurch wird die Zwischenschaltung von Nicht-Elementen erforderlich,
die aus einem einfachen Verstärker bestehen, die beispielsweise ein L-Signal am
Eingang in ein 0-Signal am Ausgang verwandeln. Ebenso ist eine Reihenschaltung von
gleichartigen passiven Elementen aus technologischen Gründen unzweckmäßig und im
allgemeinen nicht üblich. Zur besseren Übersicht sind alle Elemente, die zum zweiten
Kanal gehören, in allen Figuren gestrichelt dargestellt.
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In F i g. 1 sind mit 1.1 bis 1.4 die Eingänge der aktiven
Verknüpfungselemente 2.1 bis 2.4 bezeichnet, die zur Entriegelung des Trenners erforderlich
sind. Entweder müssen die beiden Leitungen 1.1 L-Signal und die dazu antivalenten
Leitungen 1.2 0-Signal oder die Leitungen 1.3 L-Signal und die Leitungen
1.4 0-Signal führen, um die Elemente 2.1 und 2.2 bzw. 2.3 und 2.4 durchzuschalten.
Führt beispielsweise die Leitung 3.1 L-Signal und die Leitung 3.2 0-Signal, dann
erscheint am Ausgang 9.1 des Elementes 4.1 ebenfalls L-Signal und Ausgang
5.2 des Elementes 4.2 0-Signal.
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Diese Signale werden auf die entsprechenden Eingänge der aktiven Elemente
6.1 bis 6.4 geschaltet. Wird beispielsweise das Steuerorgan 7.1 betätigt, dann wird
auf die Leitung 8.1 L-Signal und auf die Leitung 8.2 0-Signal geschaltet,
woraufhin die Elemente 6.1 und 6.2 so durchschalten, daß auf der Leitung 9.1 L-Signal
und auf der Leitung 9.2 0-Signal an die Antivalenzverstärker 10.1 und
10.2
durchgeschaltet wird ;:.die ihrerseits die Ausgangsrelais 11.1
und 11.2 in zweckmäßiger Weise betätigen. Entsprechend läuft die Schalthandlung
an den Elementen 6.3, 6.4, 10.3, 10.4; 11.3 und 11.4 ab,
wenn statt
des Steuerorgans 7.1 das Steuerorgan 7.2 betätigt wird.
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Die Darstellung zeigt also, daß bei L-Signalen auf den Leitungen 1.1
und betätigtem Steuerorgan 7.1 auf den Verknüpfungselementen 2.1, 4.1, 6.1 und 10.1
ein Kanal gebildet wird, der nur L-Signale führt, während in dem -dazu antivalenten
Kanal, der aus den Verknüpfungselementen 2.2, 4.2, 6.2 und 10.2 besteht, nur 0-Signale
vorhanden sind.
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Der verhältnismäßig hohe Aufwand für die Verstärkerstufen in den einzelnen
Verknüpfungselementen kann durch den Einsatz passiver Verknüpfungselemente in Verbindung
mit aktiven Nicht-Elementen wesentlich reduziert werden, wie das in der entsprechenden
Schaltung der F i g. 2 gezeigt wird.
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Einander entsprechende Elemente sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Mit 1.1 bis 1.4 sind wiederum die Verriegelungseingänge der jetzt passiven Verknüpfungselemente
2.1 bis 2.4 bezeichnet. Die Ausgänge 3.1 und 3.3 der passiven Und-Elemente 2.1 und
2.3 werden direkt auf die Eingänge des passiven Oder-Elementes 4.1 geschaltet, da
das technologisch zulässig ist. Die Ausgänge 3.2 und 3.4 der passiven Oder-Elemente
2.2 und 2.4 können aber, wie bereits erwähnt, nicht direkt auf die Eingänge des
passiven Und-Elementes 4.2 geschaltet werden, sondern müssen über die Nicht-Elemente
2.21 und 2.22 bzw. 2.41 und 2.42 geführt werden. Da auf der Leitung 3.2 0-Signal
ansteht, wenn die beiden Eingänge 1.2 0-Signal führen, entsprechend der Annahme
in F i g. 1, wird durch das Nicht-Element 2.21 auf der Leitung 3.21 ein L-Signal
erzeugt, das durch das zweite Nicht-Element 2.22 wieder in ein 0-Signal für die
Leitung 3.22 verwandelt wird. Entsprechendes gilt für das Signal auf den Leitungen
1.4 bis 3.42.
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An den Eingängen der passiven Elemente 4.1 und 4.2 der F i g. 2 herrschen
also wieder die gleichen Bedingungen wie an den entsprechenden Stellen der , Fig.
1.
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Der Ausgang 5.1 erhält demnach wieder L-Signal und der Ausgang 5.2
'das dazu antivalente 0-Signal. Das passive Oder-Element 4.1 ist schaltungsmäßig
vor die passiven Und-Elemente 6.1 und 6.3 geschaltet. Daher müssen aus den bereits
geschilderten Gründen heraus die Nicht-Elemente 4.11 und 4.12 zur zweimaligen Signalumkehr
dazwischengeschaltet werden. Hinter dem passiven Und-Element 4.2 werden jetzt allerdings
auch zwei Nicht-Elemente 4.21 und 4.22 erforderlich,' weil ein passives Element
nicht in der Lage ist, zwei oder mehrere Eingänge anderer Elemente auszusteuern.
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Wird wiederum das Steuerorgan 7.1 betätigt, dann liegen an den Eingangsleitungen
3.1 und 5.12 des passiven Und-Elementes 6.1 L-Signale und an den entsprechenden
Leitungen des Elementes 6.2 0-Signale an, so daß der Ausgang 9.1 L-Signal führt.
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Da die Eingänge der Antivalenzverstärker als Und-Eingänge geschaltet
sind, müssen in der Leitung 9.1 die Nicht-Elemente 6.11 und 6.12 eingeschaltet werden,
da, wie erwähnt, nicht zwei gleiche passive Elemente in Reihe geschaltet werden
dürfen. Die Und-Eingänge der Antivalenzverstärker wirken nämlich wie ein passives
Und-Element. In der Leitung 9.2 werden die Nicht-Elemente 6.21 und 6.22 benötigt,
weil ein passives Oder-Element vor ein Und-Element geschaltet ist. Die Ausgangsrelais
11.1 bis 11.4 werden wieder, wie in F i g. 1 erwähnt, betätigt.
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Auch in der F i g. 2 ergeben sich wieder Kanäle, die schaltungstechnisch
nur L- bzw. 0-Signal führen, ähnlich wie es zu F i g. 1 beschrieben wurde.
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Der gerätemäßige Aufwand der Verknüpfungsschaltung nach F i g. 2 ist
gegenüber dem der F i g. 1 erheblich reduziert worden. Dafür kann allerdings der
symmetrische Schaltungsaufbau nicht mehr eingehalten werden, was bei der Planung
und Verdrahtung Schwierigkeiten verursacht und mit Nachteilen behaftet ist. Es ist
bei der Schaltung nach F i g. 2 nicht mehr möglich, die Verknüpfungselemente z.
B. in der sogenannten Kartentechnik, bei der die einzelnen Elemente auf mit Steckern
versehenen Platinen mit gedruckten Schaltungen angeordnet werden, auf gleichartig
bestückten Karten für die antivalent aufgebauten Kanäle unterzubringen, ohne eine
gewisse Anzahl von Elementen nicht auszunutzen. Bei dieser Methode könnte die Außenverdrahtung
zwischen den einzelnen Karten symmetrisch bleiben.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, unterschiedlich bestückte Karten
zu verwenden, was wirtschaftlich jedoch ebenfalls unzweckmäßig ist. Als dritte Variante
können gleichartig bestückte. Karten mit passiven Und- bzw. passiven Oder-Elementen
benutzt und die erforderlichen Nicht-Elemente auf besonderen Karten angeordnet werden.
Diese Methode bedingt eine sehr unsymmetrische Außenverdrahtung zwischen den einzelnen
Karten, die leicht zu Verdrahtungsfehlern führt.
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Alle diese geschilderten Nachteile werden durch die Anordnung von
logischen Verknüpfungselementen zum Aufbau von antivalenten Steuer- und Verriegelungskreisen,
die mit statischen Binärsignalen arbeiten, wobei die Verknüpfungsschaltung aus antivalent-symmetrisch
aufgebauten Und-Nicht-bzw. Oder-Nicht-Elementen besteht, nach der Erfindung dadurch
vermieden, daß hinter jedem Verknüpfungselement die antivalent-symmetrisch aufgebauten
Kanäle vertauscht werden, so daß auf ein L-Signal in der einen Verknüpfungsstufe
in der nächsten Verknüpfungsstufe ein 0-Signal folgt.
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Die Anordnung hat außerdem noch den Vorteil, daß eine weitere Verminderung
der Nicht-Elemente eintritt. Die Erfindung beruht darauf, daß hinter jedes passive
Verknüpfungselement ein Nicht-Element geschaltet wird und entsprechend dem de Morganschen
Theorem an diesen Nicht-Elementen die Kanäle gekreuzt werden. Das heißt, daß ein
Ausgangssignal eines Elementes der ersten Verknüpfungsstufe im ersten Kanal als
Eingangssignal in einem Element des zweiten Kanals der zweiten Verknüpfungsstufe
verarbeitet wird. Dabei ist dann auch wieder gleichgültig, ob ein Oder-Element vor
ein Und-Element geschaltet wird und ob mehrere Eingänge von einem Ausgang beaufschlagt
werden.
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An Hand der F i g. 3 soll die erfindungsgemäße Schaltung näher beschrieben
werden. Die Eingangssignale 1.1 bis 1.4 führen wieder, wie in F i g. 2, zu den passiven
Elementen 2.1 bis 2.4. Die Ausgänge 3.1 bis 3.4 der genannten Elemente sind mit
den Nicht-Elementen 2.11 bis 2.41 verbunden, die alle Signale umkehren, d. h., wenn
an den Eingängen 1.1 L-Signale und an 1.2 0-Signale anstehen, liefert der Ausgang
3.11 0-Signal und der Ausgang 3.21 L-Signal. Entsprechendes gilt für die Eingänge
1.3, 1.4 und deren Ausgänge 3.31, 3.41. Alle Ausgänge
werden nun
gekreuzt und an die Eingänge der passiven Elemente der nächsten Verknüpfungsstufe
des anderen Kanals geführt. Der Ausgang 3.11 führt jetzt also zum Eingang des passiven
Und-Elementes 4.2, das, wie schon in den F i g. 1 und 2, zum zweiten Kanal gehört.
Der Ausgang 5.2 des passiven Elementes 4.2, das bei L-Signal auf den Leitungen 1.1
0-Signal erhält, wird im Nichtglied 4.21 an dessen Ausgang 5.21 wieder in ein L-Signal
verwandelt und zum ersten Kanal, und zwar zum passiven Element 6.1, weitergegeben.
Hier wiederholt sich der gleiche Vorgang, so daß der Ausgang 9.11 vom ersten Kanal
auf den Antivalenzverstärker 10.2 des zweiten Kanals geschaltet wird. Entsprechend
dem geschilderten Weg werden auch die Signale des dazu antivalenten Weges behandelt.
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Durch die erfindungsgemäße antivalen-symmetrische Anordnung der logischen
Verknüpfungselemente kann in dem gewählten Beispiel die Zahl der Nicht-Elemente
wesentlich reduziert werden. Werden die passiven Und- bzw. Oder-Elemente mit den
Nicht-Elementen in bekannter Weise zu Und-Nicht-bzw. Oder-Nicht-Elementen zusammengefaßt,
dann lassen sich die Verknüpfungsschaltungen mit nur zwei Kartentypen realisieren.
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Die Schaltung der F i g. 4 entspricht dem gleichen einfachen Schaltungsaufbau
wie in F i g. 1 mit aktiven Verknüpfungselementen, jedoch werden jetzt in jedem
Kanal miteinander abwechselnd L- und 0-Signale verarbeitet. Bei der Schaltungsplanung
kann trotz des verringerten Aufwandes die Kombination der Verknüpfungselemente völlig
freizügig erfolgen, wobei die Außenverdrahtung der die Verknüpfungselemente tragenden
Karten symmetrisch und mit dem geringsten Aufwand erfolgen kann. Die Fehlermöglichkeiten,
die durch unterschiedliche Verknüpfungsschaltung der einzelnen antivalent aufgebauten
Kanäle und/ oder der nicht symmetrischen Außenverdrahtung entstehen, entfallen bei
dem erfindungsgemäßen Schaltungsaufbau.