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Anordnung zum Steuern einer beliebigen Anzahl elektrischer, elektrisch
fernsteuerbarer Impulsschalter über eine einzige Leitung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Anlage, die zur Fernübertragung einer Mehrzahl von durch je eine Kontaktstellung
gegebenen Steuerbefehlen dient. An eine derartige Übertragungsanlage sind verschiedene
Forderungen zu stellen. Eine wesentliche Forderung besteht darin, daß die Kontakte
völlig asynchron zu den einzelnen Übertragungszeiten, zu denen die einzelnen Kontaktstellungen
für eine Fernübertragung abgefragt werden, betätigt werden können, daß aber trotzdem
eine Änderung in der Stellung eines Kontaktes baldmöglichst für die Fernübertragung,
ohne daß hierzu besondere überwachungsmittel notwendig wären, angezeigt werden soll.
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Die genannte Aufgabe ist z. B. für Elektrizitätsunternehmen von besonderer
Bedeutung, wenn beispielsweise innerhalb einer Zentrale die Kontaktstellungen der
umliegenden unbemannten Anlagen gesteuert und überwacht werden müssen.
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An sich könnte man daran denken, die Änderung einer Kontaktstellung
jeweils nur an die Zentrale zu melden, wenn ein Kontakt seine Stellung geändert
hat, und nicht, wie bereits vorgeschlagen, eine wiederholte Übertragung der Kontaktstellungen
zu ganz bestimmten Zeiten vorzunehmen. Bei einem derartigen Vorgehen wäre aber der
Nachteil gegeben, daß, wenn durch eine Störung die Änderung einer Kontaktstellung
in der Zentrale nicht angezeigt würde, keine weitere Meldung erfolgen würde, wenn
man nicht verhältnismäßig aufwendige Vorkehrungen unter Verwendung einer Rückfragemöglichkeit
treffen würde. Umgekehrt könnten dann auch durch Störungen Änderungen von Kontaktstellungen
in der Zentrale vorgetäuscht werden, die tatsächlich nicht erfolgt sind. Insbesondere
aber bei Unternehmen der Elektrizitätsversorgung dürfen in der Zentrale keine falschen
Kontaktstellungen wiedergegeben werden, da dies zu erheblichen Störungen des gesamten
Betriebes führen könnte. Bei der wiederholten, insbesondere zyklischen Abfrage der
Kontaktstellungen führt eine einmalige Verfälschung oder vorübergehende Störung
des Übertragungsweges nicht dazu, daß in der Zentrale für dauernd falsche Kontaktstellungen
angezeigt werden. Die übertragung von Kontaktstellungen oder allgemein von durch
Kontaktstellungen dargestellten Informationen ist aber auch in anderen Anlagen gegeben.
So müssen beispielsweise bei Schiffssteuerungen die von der Kommandobrücke ausgegebenen
Informationen (Steuerbefehle) nach deren Ausführung im Maschinenraum im Kommandoraum
angezeigt werden.
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Ganz allgemein können auf diese Weise beliebige, durch Kontaktsteuerungen
ausgedrückte Daten übertragen werden, sofern nur nicht die Kontaktstellungen schneller
als in einem Abtastzyklus geändert werden.
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Bei der Anordnung zum Steuern einer beliebigen Anzahl elektrischer,
elektrisch fernsteuerbarer Impulsschalter über eine einzige Leitung nach der Erfindung
sollen also die einzelnen Kontaktstellungen wiederholt, und zwar zyklisch abgetastet
werden. Die Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jedem zu steuernden
Schalter und jedem steuernden Schalter ein Speicherglied zugeordnet ist und daß
die jeweilige Stellung des steuernden Schalters durch zyklisches Anlegen einer Abfragespannung
an die Speicherglieder aller steuernden Schalter in Form eines gegebenenfalls hierdurch
entstehenden Steuerimpulses an die .Speicherglieder der zu steuernden Schalter über
die einzige Steuerleitung durchgegeben wird.
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Durch die Verwendung von Speichergliedern sowohl beim Sender als auch
beim Empfänger wird nicht nur der Vorteil erreicht, daß während eines Übertragungszyklus
auftretende Schaltänderungen eine Fehlübertragung nicht auszulösen vermögen, sondern
beim Empfänger werden darüber hinaus die kurzen während eines Zyklus einem bestimmten
Schalter zugeordneten Steuerimpulse in eine für die genannten Zwecke günstige auswertbare
Form gebracht. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, da bei einer Übertragung
nach dem sogenannten Zeitmultiplexverfahren, also einem Verfahren, bei dem jedem
einzelnen Kontakt für die Ansteuerung nur ein bestimmter zeitlicher Bruchteil eines
Zyklus zugeordnet ist, auch Schalter angesteuert werden können,
deren
Schaltzeit größer als diese Übertragungszeit ist. Dies führt dann dazu, daß die
einzelnen Übertragungszyklen kürzer ausgebildet werden können, was insgesamt trotz
der zeitlichen Unterteilung wiederum zu einer schnelleren Übertragung einzelner
Schaltbefehle führt.
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Es sind also leim Sender und Empfänger Speicherglieder vorgesehen,
die beim Sender völlig asynchron über einen Kontakt vorbereitet und abhängig vom
Verteilerumlauf eingestellt werden können und die beim Empfänger durch die zu übertragenden
Steuerimpulse für eine spätere Auswertung eingestellt werden.
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Sowohl für den Sender als auch für den Empfänger werden als Abfrage-
und Speicherglieder Magnetkerne mit zumindest angenähert rechteckiger Hystereseschleife
vorgesehen, die über den in seiner Stellung zu überwachenden Kontakt in einer definierten
Lage festgehalten werden und die Kerne beim Empfänger durch die im Zeitmultiplexverfahren
übertragenen Impulse entsprechend angesteuert werden. Die Eigenheit von Magnetkernen
bringt es nun mit sich, daß bei jedem Abfragevorgang der eingestellte Zustand immer
dann zerstört wird, wenn durch den Abfragevorgang ein Ausgangsimpuls gewünscht wird.
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Sowohl beim Sender als auch beim Empfänger ist außer den einzelnen
Speichergliedern jeweils noch ein Verteiler vorzusehen, der den für einen Multiplexbetrieb
charakteristischen Abfragevorgang in zeitlicher Staffelung entsprechend steuert.
Diese Verteiler können ebenfalls aus Magnetkernen in an sich bekannter Weise aufgebaut
werden. Durch diese Kombination ergibt sich ein Gerät, das mit geringen Spannungen
und ohne irgendwelche Teile mit mechanischer Abnutzung arbeitet, was gerade für
die Fernübertragung von besonderer Bedeutung ist, da diese ja in unbenannten Ämtern,
also in Ämtern ohne ständige Wartung, verwendet werden soll.
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Einzelheiten des Zeitmultiplexübertragungssysterns nach den Ansprüchen
werden an Hand der Figuren im einzelnen erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Schaltungsausführung
für den Sendeteil, F i g. 2 einen Impulsplan für den Sendeteil, F i g. 3 mit 3 a
und 3 b eine Schaltungsausführung des Empfängers und F i g. 4 den dazugehörigen
Impulsplan. Voraussetzungsgemäß sollen die Kontaktstellungen der steuernden Kontakte
Kn (n = 3.... 10 in F i g. 1) übertragen werden, und zwar werden diese Kontaktstellungen
'zyklisch abgefragt und der beim Abfrageaugenblick vorhandene Zustand der Kontakte
übertragen. Beim Empfänger wird das Übertragungsergebnis entsprechend ausgewertet,
und die Änderung einer Kontaktstellung soll jeweils eine Anderung-der zu steuernden
Schalter im Empfänger bewirken.
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Die steuernden und zu überwachenden Kontakte sind beim Ausführungsbeispiel
des Senders nach F i g. 1 über je einen Widerstand Rv an eine Wicklung der Abfragekerne
A angeschlossen. Für die weitere Erläuterung wird angenommen, daß die Ringkerne
im Ruhezustand und bei geöffneten Kontakten im negativen Remanenzpunkt -Br liegen.
Von dem Verteiler V aus werden entsprechend der Übertragung nach dem Zeitmultiplexverfahren
Taktpulse über die einzelnen Ausgangsleitungen 1 bis 12 geliefert. Zwölf Ausgangsimpulse
entsprechen demgemäß einem Abfragezyklus Z (vgl. Zeile 1 in Fi g. 2). Die der Reihe
nach an den Ausgangsleitungen auftretenden Abfrageimpulse haben hierbei einen zeitlichen
Abstand gegeneinander, der durch die Abstände der Taktimpulse des Verteilers gegeben
ist. Die Abfrageimpulse werden jeweils über eine eigene Wicklung dem zugeordneten
Abfragekern An
(n = 2 ... 11) zugeführt. Ist der dem entsprechenden
Abfragekern zugeordnete Kontakt Kn geöffnet, so ist der Kern im negativen Remanenzpunkt
und wird durch den Abfrageimpuls in seinen Remanenzpunkt +Br gebracht. Hierdurch
entsteht in der jeweiligen Wicklung W 3 ein Impuls, der über die Sammelleitung LS
zur Ausgangsschaltung AS und damit zum Ausgang des Senders gelangt.
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Bei geschlossenem Kontakt hingegen ist der entsprechende Kern über
UB so stark negativ vormagnetisiert, daß der positiv gerichtete Abtastimpuls
nicht ausreicht, den Kern in den positiven Remanenzpunkt überzuführen. Auf der Ausgangsleitung
entsteht dementsprechend kein Impuls. Über die Sammelleitung LS läuft also eine
Impulsfolge, bei der die Information 1 (Kontakt offen) durch einen Impuls und die
Information 0 (Kontaktgeschlossen) durch keinen Impuls wiedergegeben ist.
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Um die notwendige Entkopplung zwischen den einzelnen Ausgangswicklungen
W 3 der Kerne A 2
bis A 11 zu erhalten, sind die Gleichrichter GL vorgesehen.
An sich wäre es auch denkbar, diese Ausgangswicklungen in Reihe zu schalten. In
diesem Fall können die Gleichrichter eingespart werden.
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Nach Ablauf eines Abfragezyklus sind alle Kerne, die einem offenen
Kontakt zugeordnet sind, in die positive Remanenzlage übergeführt. Damit diese Kerne
beim nächsten Zyklus erneut abgefragt werden könnnen, werden sie von einem über
die Leitung LR den Wicklungen W 2 zugeführten Rückstellimpuls wieder in die negative
Remanenzlage gebracht. Der Rückstellimpuls wird von einem Impulsverstärker geliefert,
der im wesentlichen aus dem Kern A 1 und dem Transistor Tr aufgebaut ist. Der Transistor
Tr zieht zum Zeitpunkt 1 einen Strom, der die Kerne wieder in die Ausgangslage zurückführt.
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Wie aus der F i g. 2 zu ersehen ist, entstehen auf der Sammelleitung
LS einzelne Impulse, aus denen mit Hilfe einer Ausgangsschaltung eine Schrittfolge
entsprechend der Zeile 25 der F i g. 2 geformt wird. Diese Schrittfolge liegt am
Ausgang und wird an den fernen Empfänger übertragen. Die Übertragung einer Schrittfolge
ist mit Rücksicht auf die benötigte Bandbreite, die Störanfälligkeit und die Auswertung
beim Empfänger günstiger als die direkte übertragung der Impulsfolge. Schaltungen
zur Umwandlung einer derartigen Impulsfolge in eine entsprechende Schrittfolge sind
in verschiedenen Ausführungen bereits bekannt bzw. vorgeschlagen worden.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird das Arbeiten der Schaltung
während zweier Abtastzyklen beschrieben. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Kontakt
K6 zwischenzeitlich schließt und der zunächst geschlossene Kontakt K9 im Laufe des
zweiten Zyklus geöffnet wird. Für die Erläuterung wird weiterhin angenommen, daß
die Kontakte K4 und K 8 offen und die Kontakte K 3, K 5, K 7 und K 10 geschlossen
sein sollen. In den Zeilen 4 bis 15 sind die Ausgangsimpulse des Verteilers wiedergegeben,
wobei Zeile 4 den Ausgangsimpuls 1 des Verteilers
und Zeile 15 den
Ausgangsimpuls 12 des Verteilers abbildet. In der Zeile 16 ist die Remanenzlage
des Rückstellkernes, der mit dem Ausgangskreis 1 des Verteilers verkettet ist, wiedergegeben.
Wie aus dieser Zeile zu ersehen ist, wird der Rückstellkern mit dem Auftreten des
ersten Verteilerimpulses in die positive Remanenzlage übergeführt. Hierdurch wird,
wie bereits erläutert, ein Rückstellimpuls (vgl. Zeile 17) abgegeben, der die Kerne
A 2 bis A 11 in die negative Remanenzlage überführt. Der zwölfte Abfrageimpuls
(vgl. Zeile 15) führt über die Rückkopplungsleitungen R diesen Kern in die negative
Remanenzlage, so daß er für den nächstfolgenden ersten Abfrageimpuls wiederum in
seiner Ausgangslage ist. Die Remanenzlagen von den einzelnen Abfragekernen sind
nur für die Kerne A 2, A 4, A 6, A 8, A 9 und A 11 wiedergegeben.
Für die Kerne A 3,
A 5, A 7 und A 10 interessieren die Remanenzverhältnisse
der Kerne nicht, da sich voraussetzungsgemäß an diesen Kernen, da sie dauernd geschlossenen
Kontakten zugeordnet sind, also stark negativ vormagnetisiert sind, nichts ändert.
Wie aus den Zeilen 18 und 23 zu ersehen ist, werden beim Auftreten der entsprechenden
Rückstellimpulse alle Kerne in die negative Remanenzlage übergeführt. Mit dem Wirksamwerden
der Verteilerimpulse werden diese Kerne dann wiederum in die positive Remanenzlage
übergeführt. Dies gilt lediglich nicht innerhalb des ersten Zyklus für den Kern
A 9 (Zeile 22), da dieser Kern während dieser Zeit noch einem geschlossenen Kontakt
zugeordnet ist.
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Auf der Sammelleitung LS werden nur die Zustände und Änderungen, die
durch das Überführen eines Kernes von der negativen in die positive Remanenzlage
entstehen, angezeigt. Die umgekehrte Steuerung eines Kernes (vgl. A 6, Zeile 20)
wirkt sich auf die Sammelleitung LS (Zeile 24) nicht aus.
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Beim Empfänger muß der vom Sender ausgesandten und entsprechend empfangenen
Schrittfolge eine Reihe von Empfangsorganen vorhanden sein, die entsprechend dem
Auftreten oder Ausbleiben eines Impulses durch ihre Schaltstellung anzeigen, ob
der zugeordnete Kontakt geöffnet oder geschlossen ist. Da bei einem derartigen System
damit zu rechnen ist, daß einzelne Schritte auf dem übertragungsweg verfälscht werden,
ist die Anzeige so ausgebildet, daß eine Änderung des Zustandes eines Kontaktes
beim Empfänger immer erst dann angezeigt wird, wenn z. B. dreimal hintereinander
das gleiche Empfangsergebnis (Kontakt offen oder Kontakt geschlossen) aufgenommen
wurde. Speicherglieder, die einen eingespeicherten Zustand erst nach wiederholter
gleichartiger Einspeicherung anzeigen, sind in anderem Zusammenhang bereits vorgeschlagen
worden. Im Grenzfall kann für diese Zwecke ein übliches binär arbeitendes Speicherglied
in Verbindung mit einem Zählglied verwendet werden.
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Der in F i g. 3 dargestellte Empfänger enthält einen Verteiler mit
Taktversorgung. Der Takt wird dem Verteiler V über die Klemme T1 zugeführt. Ebenso
wie bei dem Verteiler des Senders gibt auch der Verteiler V innerhalb des Empfängers
über die zwei Ausgangsleitungen in zeitlicher Folge nacheinander je einen Impuls
ab.
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Die Empfangseinrichtung ist so aufgebaut, daß beim Empfang eines negativen
Stromschrittes über eine der Leitungen, die sogenannte Trennstromleitung T, Strom
gezogen wird, während bei dem Empfang eines positiven Stromschrittes entsprechende
Zuordnung zu Zeichenstrompolarität über die Leitung Z ein Strom fließen soll. Hierzu
werden die empfangenen Stromschritte am Eingang E so gewählt, daß sie in ihrer Amplitude
größer als die einzelnen Vorspannungen -I- U,, bzw. - U,, und kleiner als
die Batteriespannung - UB sind. Um dies in der Zeichnung zu veranschaulichen,
ist in F i g. 3 a die Stromversorgung dargestellt und in F i g. 3 b ein Diagramm
der Spannungsverhältnisse, wobei mit a die empfangene Stromschrittfolge im Vergleich
zu den vorhandenen Spannungen U,, und UB richtiger Amplitude dargestellt
ist.
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Am Eingang E liegt die empfangene .Schrittfolge, wobei je nachdem,
ob zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Stromimpuls, der einem geöffneten Schalter
innerhalb des Senders entspricht; oder kein Stromimpuls, was einem geschlossenen
Kontakt beim Sender entsprechen wird, entweder der Transistor T 2 oder
T 3 geöffnet wird. Dementsprechend wird ein Stromschritt über die Leitung
T oder über die Leitung Z gegeben. Der in Koinzidenz dazu gerade anliegende Verteilerimpuls
magnetisiert die entsprechenden Kerne im Ausgangskreis des Verteilers um.
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Die Schaltung ist so gewählt, daß die Leitung T bei Zeichenstrompolarität
und die Leitung Z bei Trennstrompolarität Strom führt. Dementsprechend werden die
Kerne Tn (h = 2.... 10) in den Magnetisierungszustand -Bm gebracht
oder gehalten. Die von den Verteilerimpulsen beaufschlagten Abtastwicklungen der
T-Kerne sind jeweils in Reihe in die Abtaststromkreise des Verteilers geschaltet.
Während bei Zeichenstrompolarität die Kerne Trz stark negativ vormagnetisiert sind,
liegen die Kerne Zn im Punkt -Br. Der aus einem der Verteilerausgänge kommende Abtastimpuls
kann in diesem Fall nur den entsprechenden Kern Z ummagnetisieren, der damit über
seine Ausgangswicklung W 3 z einen Steuerimpuls an den Eingang 1 des Ausgangsspeichers
abgibt und diesen in die Lage 1 (Kontakt offen) bringt. Wird hingegen der Kern Th
bei Trennstrompolarität ummagnetisiert, so gibt dieser an den Eingang 2 des Speichers
einen Steuerimpuls ab, der den Speicher in den Zustand »0« (Kontakt geschlossenn)
bringt. Ändert sich der Zustand eines zu überwachenden Kernes in der Zwischenzeit
nicht, so erhält der dazugehörige Speicher bei jedem Abfragezyklus einen Impuls
am gleichen Eingang. Eine Rückstellung für die Abtastkerne ist nicht erforderlich,
da sie über die Leitung T bzw. Z bei jedem Polaritätswechsel jeweils in die richtige
Lage gebracht werden.
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Für die Arbeitsweise des Empfängers ist an sich der Aufbau des Ausgangsspeichers,
der die Stellung des Kontaktes in der fernen Station speichern und über ein Ausgangsglied
wiedergeben soll, ohne Bedeutung. In der Darstellung nach F i g. 3 ist in der Zeile
3 der Aufbau eines Speichers, wie er für die Zwecke der Erfindung besonders vorteilhaft
verwendet werden kann, dargestellt. Dieser Speicher besteht im wesentlichen aus
einem Transfluxor Tx, der über den Eingang 1 blockiert und über den Eingang 2 eingestellt
wird. Im Ausgangskreis des Transfluxors, der über eine Wechselstromquelle gespeist
wird, ist ein Transistor vorgesehen, der je nachdem, ob der Transftuxor eingestellt
ist oder nicht, ein Relais P zum Ansprechen bringt oder nicht. Dem Relais P ist
der Kondensator C parallel geschaltet.
Die F i g. 4 zeigt noch einen
Impulsplan zu dem erläuterten Empfänger. In der Zeile 1 dieses Impulsplanes ist
die Eingangsspannung wiedergegeben, die voraussetzungsgemäß in zwei komplementäre
Impulsströme, die auf den Leitungen T und Z auftreten, aufgeteilt wird, wie Zeile
2 und 3 zeigen. In den Zeilen 4 bis 13 sind die Ausgangsimpulse des
Empfangsverteilers einzeln aufgezeichnet, und in den folgenden Zeilen werden dann
die Zustände der verschiedenen Abtastkerne wiedergegeben. Auch in dieser Darstellung
sind lediglich die Verhältnisse für die Kerne 3, 4, 6 und 9 wiedergegeben, und zwar
jeweils untereinander für den in der Trennstromleitung T und in der Zeichenstromleitung
Z liegenden Kern des entsprechenden Verteilerausganges.
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Die Zeilen 21 bis 26 sind durch die entsprechenden Bezugszeichen in
der F i g. 3 gegeben und stellen jeweils die Stromverhältnisse auf den entsprechenden
Leitungen dar.
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Patentschutz wird nur begehrt für die Vereinigung der Merkmale eines
jeden Anspruches.