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Anordnung zum Summieren von Impulsen verschiedener Wertigkeit Bei
der zentralen Meßwerterfassung werden die Meßergebnisse durch eine der Meßgröße
proportionale Anzahl von Impulsen dargestellt, die von verschiedenen örtlich getrennten
Meßstellen einer Zentrale zugeleitet werden. Die ankommenden Impulszahlen werden
in dieser Zentrale gesammelt, indem ihre Summe über bestimmte Zeiteinheiten gebildet
wird. Die Belastung oder der Energieverbrauch elektrischer Anlagen kann auf diese
Weise vorteilhaft überwacht werden. Trägt man beispielsweise die Summenwerte auf
einen Registrierstreifen auf und wählt für die Summenbildung einen kleinen Zeitmaßstab,
so erhält man die Belastungskennlinie der Anlage mit guter Genauigkeit. Man gewinnt
auf diese Weise praktisch die Summe der Augenblickswerte. Bei der Wahl größerer
Zeitspannen für die Summenbildung kann man den Verbrauch oder die Lieferung elektrischerEnergie
unterKontrolle halten. Da beispielsweise beim Maximumtarif der größte viertelstündliche
oder halbstündliche Verbrauch zur Berechnung des Grundpreises herangezogen wird,
ist man in industriellen Unternehmungen bestrebt, diesen klein zu halten. Zu diesem
Zweck wird die Summe über 15 oder 30 Minuten gebildet. In der zentralen
Beobachtungsstelle kann man dann den Verbrauch in solchen Meßperioden genau überblicken.
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Wenn die Impulse der verschiedenen Meßstellen die gleiche Wertigkeit
haben, ist diese Summenbildung auf einfache Weise möglich. Verbrauchszähler, wie
z. B. Elektrizitätszähler oder Gaszähler, sind jedoch im allgemeinen ganz nach den
Gegebenheiten des Teilverbrauchers ausgelegt, so daß die pro Maßeinheit abgegebene
Impulszahl an den verschiedenen Meßstellen unterschiedlich ist. Bei der Summenbildung
müssen deshalb die verschiedenen Wertigkeiten aneinander angepaßt werden. Bei den
bekannten mechanischen Summenzählern, bei welchen die Impulse über Schrittschaltwerke
und Differentialgetriebe einem Summenzählwerk zugeführt werden, sind zu diesem Zwecke
Über- oder Untersetzungsgetriebe eingebaut, welche die verschiedenen Wertigkeiten
angleichen. Man kann auch jeder Meßstelle einen Impulsuntersetzer zuordnen, der.
die ankommenden Impulse auf einen Einheitswert reduziert. Das Vielfache der verschiedenen
Wertigkeiten dient dabei als Einheitshnpuls. Bei einer Wertigkeit von
5, 4 und 3 für drei Meßstellen würde beispielsweise erst
60 den Einheitswert ergeben. Die Impulse der Meßstelle 1 mit der Wertigkeit
5 (fünf Festmengen je Impuls) müssen dabei derart untersetzt werden,
daß auf zwölf Eingangsimpulse, welche 60 Festmengen darstellen, ein Ausgangsimpuls
mit der Wertigkeit 60 kommt. Für die Meßstelle 2 (Wertigkeit 4) beträgt die
Untersetzung 15: 1 und für die Meßstelle 3 (Wertigkeit 3) 20:
1, um jeweils einen Ausgangsimpuls der Wertigkeit 60 abzugeben. Bereits
bei diesen kleinen Unterschieden in der Wertigkeit ergibt sich eine geringe resultierende
Impulshäufigkeit, so daß die Summenbildung von Augenblickswerten gar nicht und die
Summenbildung zur Ermittlung des Verbrauchs in größeren Zeitspannen nur ungenau
vorgenommen werden kann.
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Es ist bereits bekannt, zum Summieren von Impulsen unterschiedlicher
Wertigkeit ein Summierungsgetriebe zu verwenden, das aus mehreren Differentialgetrieben
aufgebaut ist. Die Differentialgetriebe sind derart gekuppelt, daß die Kreuzwelle
eines Differentialgetriebes jeweils auf ein Sonnenrad eines anderen Differentialgetriebes
einwirkt, so daß die in Drehbewegungen umgesetzten Impulse an den noch freien Sonnenrädem
eine ihrer Summe entsprechende Verdrehung der letzten Kreuzwelle verursachen. Die
Verdrehung dieser Kreuzwelle wird auf ein Summenzählwerk übertragen. Zum Anpassen
der unterschiedlichen Wertigkeiten der Impulse sind zwischen einer Empfangseinrichtung
jedes Summanden und dem Summierungsgetriebe zwei Wechselräderpaare gelegt. An den
Meßstellen werden die Impulse für jede Wertigkeit mit einer Häufigkeit von etwa
500 Impulsen in einer Meßperiode von 15 Minuten durch einen Kontaktgeberzähler
mit Verstärkermotor erzeugt, damit ein einzelner, in einer Meßperiode nicht erfaßter
Impuls keinen größeren Fehler verursacht.
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Bei dieser Anordnung ist es nachteilig, daß den Impulsen entsprechende
Drehbewegungen in dem Summierungsgetriebe über recht viele mechanische Elemente
übertragen werden müssen. Für beispielsweise vier Summanden sind bereits drei gekuppelte
Differentialgetriebe erforderlich. Der Kraftfluß von zwei Empfangseinrichtungen
muß über alle drei
Differentialgetriebe führen. Hinzu
kommen die Wechselräderpaare zur Anpassung der Wertigkeiten und weitere Wechselräder
zwischen den Differentialgetrieben. Wenn diese Teile nicht präzise gefertigt sind,
muß mit Fehlermöglichkeiten infolge Lose und Reibung gerechnet werden. Die Zählgeschwindigkeit
dieser mechanisch wirkenden und deshalb dem Verschleiß unterworfenen Anordnung ist
begrenzt. Hinzu kommt, daß zur Anpassung an die Wertigkeit der Impulse die richtigen
Wechselräderpaare verfügbar sein müssen und das Auswechseln selbst unbequem ist.
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Zum Stand der Technik gehört ferner ein Verfahren zur selbsttätigen,
elektrischen Integration zeitveränderlicher Meßwerte, demgemäß die Amplitude des
jeweiligen Meßwertes in elektrische Impulse umgewandelt und nach Verstärkung über
ein Stromtorgerät in einem Zählwerk summiert wird. In Ausgestaltung dieses Verfahrens
leitet ein Stromtorverstärker während einer dem jeweiligen Meßwert entsprechenden
Zeit einen Strom auf einen Impulse erzeugenden rotierenden Kollektor. Am Ende dieser
Zeit wird der Stromtorverstärker durch einen Impuls gelöscht.
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Die nach diesem Verfahren erzeugten Impulse haben die gleiche Wertigkeit,
da sie alle von einem Meßwertgeber ausgehen, und die Zahl der Impulse ist lediglich
dem Meßwert proportional. Das zum Stand der Technik gehörende Verfahren betrifft
also die Erzeugung von Impulsen mit festgelegter Wertigkeit aus einer Meßgröße,
nicht aber die Anpassung an mehreren Meßstellen mit unterschiedlicher Wertigkeit
erzeugter Impulse zu einer ihrer Wertigkeit und nicht lediglich ihrer Anzahl entsprechenden
Verstellung eines Summen ählwerkes.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine genau arbeitende
Anordnung zum Summieren
von Impulsen unterschiedlicher Wertigkeit zu schaffen,
die sehr schnell, verschleißarm und deshalb ohne nennenswerte Wartung über einen
längeren Zeitraum zuverlässig arbeitet. Darüber hinaus soll die Anpassung an verschiedene
Wertigkeiten der Impulse durch elektrische Mittel leicht einstellbar sein.
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Die Erfindung betrifft also eine Anordnung zum Summieren von Impulsen,
die von mehreren Meßstellen mit jeweils unterschiedlicher Wertigkeit erzeugt werden,
mit Mitteln zur Anpassung der Summanden, so daß diese eine Summen
ähleinrichtung entsprechend ihrer Wertigkeit verstellen.
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Die Erfmdung besteht darin, daß in Verbindungsleitungen eines Zählimpulse
erzeugenden Generators mit der Summenzähleinrichtung wie an sich bekannt Torschaltungen
eingefügt sind und daß die Torschaltungen einerseits an je eine einer Meßstelle
zugeordneten Speichereinrichtung und andererseits an je eine entsprechend
der Wertigkeit der Impulse dieser Meßstelle voreingestellte Hilfszähleinrichtung
angeschlossen sind, derart, daß ein Impuls in der Speichereinrichtung die angeschlossene
Torschaltung öffnet, die nach übertragung einer der Voreinstellung der Hilfszähleinrichtung
entsprechenden Anzahl von Zählimpulsen geschlossen wird.
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Zum raschen Summieren der Impulse mit unterschiedlicher Wertigkeit
ohne unerwünschte Koinzidenz der Zählimpulse ist die erfindungsgemäße Anordnung
dadurch zweckmäßig ausgestaltet, daß die Hilfszähleinrichtungen mit einem Steuerteil
für die Speichereinrichtungen verbunden sind, derart, daß zur zyklischen Abtastung
der Speichereinrichtungen unmittelbar nach dem Schließen einer Torschaltung die
jeweils folgende Speichereinrichtung abgefragt wird.
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An Hand des in der Zeichnung dargestellten Blockschemas wird die Wirkungsweise
der Erfindung näher erläutert. Vier Meßstellen liefern Impulse verschiedener Wertigkeit,
die mittels der Anordnung summiert werden.
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In der Zeichnung ist mit G ein Impulsgenerator bezeichnet,
der in schneller Folge periodische Impulse sendet. Diese Impulse, die als Zählirnpulse
dienen, werden in an sich bekannter Weise mechanisch oder elektronisch erzeugt,
z. B. mittels eines stabilisierten Oszillators mit nachgeschalteten Impulsformerstufen.
Die Frequenz der Zählimpulse ist wesentlich höher als die Frequenz, mit welcher
die Impulse von den Meßstellen anfallen können. Die Zählünpulse werden über parallele
Leitungen 1, 2, 3, 4 Torschaltungseinheiten T:L, T2, T3,
T4 zugeführt und über die Leitungen 31, 32, 33, 34 an eine Summenzähleinrichtung
Z weitergeleitet. Die Torschaltungseinheiten bestehen aus an sich bekannten bistabilen
Kippgliedem, die in einem stabilen Zustand den Weg für die Zählimpulse freigeben
und im anderen Zustand sperren. Mit Sll S21 SSI S4 Sind Speichereinrichtungen
bezeichnet, die beispielsweise als bistabile Kippglieder ausgeführt sind. über Leitungen
61, 62, 63, 64 sind sie den vier nicht dargestellten Meßstellen zugeordnet.
Sie sind in der Lage, je einen Meßimpuls zu speichern, wobei die beiden stabilen
Lagen »ja«- oder »nein«-Zustand charakterisieren. Außerdem sind sie über Leitungen
11, 12, 13, 14 am Steuerteil St des Generators angeschlossen. Im Steuerteil
St des Generators befmdet sich ein nicht dargestellter Meßstellenumschalter, der
in zyklischer Folge durch Fortschaltimpulse die Meßstellen wählt und Abfragehnpulse
über die Leitungen 11, 12, 13 und 14 auf die -Speicherzellen schaltet.
Trifft einAbfrageimpuls auf eineSpeichereinrichtung, die in Speicherstellung liegt,
so gelangt ein öffnungsimpuls über eine der vier Leitungen 21, 22, 23 oder
24 auf die entsprechende Torschaltung. Abfrageimpulse und Fortschalthnpulse für
den Meßstellenumschalter sind gegenüber den Zählimpulsen in einem bestimmten Verhältnis
untersetzt. Die Untersetzung richtet sich dabei nach der höchsten Wertigkeit eines
ankommenden Meßünpulses, so daß in der zwischen zwei Abfrageiinpulsen liegenden
Zeit eine der höchsten Wertigkeit entsprechende Anzahl von Zählimpulsen durch die
Torschaltungen durchlaufen kann. Wenn z. B. für die höchste Wertigkeit acht Zählimpulse
gegeben werden müssen, so kann unter Umständen schon jeder neunte als Abfrageimpuls
verwendet werden, wenn die beim Umkippen der Speicher bzw. der Torschaltungen auftretenden
Verzögerungen ohne Einfluß bleiben. Um die Phasenlage von Zählimpulsen und Abfrageimpulsen
aufeinander abzustimmen, können nötigenfalls Verzöderungsglieder vorgesehen werden.
Der Fortschaltimpuls für den Meßstellenumschalter kann mit Hilfe einer verzögerten
Kippschaltung direkt durch den Abfrageimpuls selbst gegeben werden. Am Ausgang einer
jeden Torschaltung liegen über die Leitungen 41, 42, 43, 44 Hilfszähleinrichtungen
Hl, H2, H.3, H4, die entsprechend der Impulswertigkeit der zugehörigen Meßstelle
eingestellt sind.
Nach Durchlaß einer der eingestellten Wertigkeit
entsprechenden Zahl von Zählimpulsen geben diese über die Leitungen 51, 52, 53
und 54 Schließimpulse auf die Torschaltungen. Diese Hilfszähler werden vorzugsweise
aus an sich bekannten einfachen Kippstufen in einer der höchstmöglichen Wertigkeit
entsprechenden Anzahl zusammengestellt.
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Im Ruhezustand sind die Torschaltungen gesperrt, da in dem Speicherraum
keine Impulse vorhanden sind. Die vom Generator G ausgehenden Zählimpulse
erreichen die Summenzähleinrichtung Z nicht. Bei Eintreffen eines Meßimpulses, beispielsweise
mit der Wertigkeit 8, kommt die Speichereinrichtung S, in die Speicherstellung.
Trifft nun ein Abfrageimpuls auf diese Speichereinrichtung, so gibt sie diesen Impuls
als öffnungsimpuls über die Leitung 21 auf die Torschaltung Ti und kippt anschließend
in Ruhestellung. Das Tor wird geöffnet und läßt Zählimpulse über die Leitung
31 auf die Summenzähleinrichtung Z durch. Die durchgelassenen Zählimpulse
werden mittels des Hilfszählers H, gezählt, welcher nach acht empfangenen Impulsen
einen Schließimpuls über die Leitung 51 auf die Torschaltung T, gibt. An
Stelle eines Meßimpulses mit der Wertigkeit 8 sind acht Zählimpulse im
Summen äbler ange-kommen.
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Da der Meßstellenumschalter nun weitergeschaltet hat, geht der nächste
Abfrageimpuls über die Leitung 12 auf den Speicher S2. Liegt hier keine Speicherung
vor, so bleibt das Tor T2 geschlossen. Der Summenzähler erhält keine Zählimpulse.
Die weiteren Speicher werden entsprechend dem eingestellten Programm der Reihe nach
abgefragt und geben für jeden gespeicherten Meßimpuls eine der Wertigkeit entsprechende
Anzahl von Zählimpulsen auf den Summenzähler. Die Impulsfrequenz des Generators
G
muß so hoch gewählt werden, daß innerhalb eines Ablesezyklus sämtliche Meßstellen
abgelesen werden können, ohne daß in der Zwischenzeit mehr als ein Meßimpuls von
irgendeinerMeßstelle auftreten kann. Der Abfragevorgang nach einem festen Programm
mit konstanten Abfrageintervallen ist ungünstig, wenn sehr große Wertigkeitsunterschiede
erfaßt werden sollen, da hierbei für wenige Zählimpulse bei niedriger Wertigkeit
eine große Leerlaufzeit in Kauf genommen werden muß. Eine Verkürzung der Abfragezeit
kann man dadurch erreichen, daß der Abfrageimpuls für eine Meßstelle durch den Schließimpuls
des Hilfszählers der vorhergehenden Meßstelle ausgelöst wird. Zu diesem Zweck können
in der Schaltungsanordnung Leitungen 71, 72, 73, 74 vorgesehen werden. Die
Fortschaltung des Meßstellenumschalters kann dabei, wie in der oben beschriebenen
Ausführung, selbsttätig durch den Abfrageimpuls mit Hilfe einer verzögerten Kippschaltung
gesteuert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel reihen sich die Zählungen ohne
Pause aneinander, so daß die Gesamtfragezeit für einen Zyklus einen Minimalwert
erreicht. Je nach dem Anwendungszweck kann die Summenzähleinrichtung in verschiedener
Weise ausgebildet sein. Dient sie allein der Zusammenfassung der Meßergebnisse verschiedener
Meßstellen, deren Impulse verschiedene Wertigkeit haben, so kann die Abtastung der
Speicherzellen ununterbrochen wiederholt werden. Die Summenzähleinrichtung zählt
dabei immer eine vorgegebene Anzahl von Zählimpulsen und gibt danach einen Summenimpuls
ab, der in gewünschter Weise weiterverarbeitet wird.
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Besteht die Absicht, den Summenwert über eine definierte Zeit zu bilden,
so muß im allgemeinen ein mehrstufiges Summenzählwerk vorgesehen werden. Der Abfragerhythmus
muß hierbei durch eine zusätzliche Einrichtung gesteuert werden. Nach
Ab-
lauf der Meßperiode wird dabei der angelaufene Summenwert auf einen Speicher
übertragen oder als Registrierung festgehalten und der Zähler auf Null zurückgestellt.