-
Digital arbeitendes Mehrkanal-Fernwirkverfahren zwischen einer Steuerzentrale
und beliebig vielen zu steuernden Steuerfeldern Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein digital arbeitendes Mehrkanal-Fernwirkverfahren zwischen einer Steuerzentrale
und beliebig vielen zu steuernden Steuerfeldern (Stationen), bei dem fortlaufend
mit der Steuerzentrale und jedem Steuerfeld zugeordneten synchronisierten Oszillatoren
und Zählern sich zeitlich deckende, unterteilte übertragungsperioden gebildet werden,
die aus einem Raster von mehreren Zeitblöcken mit je einer Anzahl Zeitabschnitten
von Impulsbreite bestehen, in das Befehle, Meldungen und Kontrollsignale eingefügt
sind.
-
Durch die Zeitschrift »Brown Boveri«, 1960, Bd. 47, Nr. I0!
11, S. 732 bis 740, ist bereits ein Verfahren zur elektronischen Impuls-Code-Fernsteuerung
bekanntgeworden. Es wird benutzt zum Bedienen und überwachen von Anlagen der elektrischen
Energieerzeugung und -verteilung über größere Entfernung von einer zentralen Stelle
aus. Diese Fernsteuerung arbeitet ebenfalls mit digitalelektronischen Funktionseinheiten,
die jeweils aus einer Kombination von digitalen Grundschaltungen, wie Zählstufen,
Speichern und Vergleichsgliedern, bestehen. Sie arbeitet mit Hilfe eines festen
Impulsrasters, das von einem zentralen Taktgeber abgeleitet wird. Die Taktgeber
der untergeordneten Stationen werden von der Kommandostation aus ständig synchronisiert,
so daß die in der Kommandostation und in den Unterstationen stattfindenden Schaltvorgänge
von Impulsen gesteuert werden, die in genau vorbestimmter und unabänderlicher zeitlicher
Zuordnung zueinander stehen. Dieses Verfahren arbeitet jedoch mit einem unverhältnismäßig
hohen Anteil an teuren Kontroll-und Prüfeinrichtungen. Dieser erhebliche Kostenaufwand
wird noch erhöht durch ein für die Übertragung der Befehle und Meldungen verwendetes
Dreipunkt-Tonfrequenz-Umtastverfahren und die Benutzung eines Hilfscodes, der die
Belegungs-, Auslösungs- und Quittierungslunktionen übernimmt. Weiterhin ist bei
diesem Verfahren nachteilig, daß während einer Übertragungsperiode stets nur eine
Information, d. h. entweder eine Meldung von einer Anlage zu der Zentrale oder ein
Steuerbefehl von der Zentrale zu einer Anlage, übertragen werden kann. Hierdurch
ist es ungeeignet für die speziellen Aufgaben einer schnellen, laufenden übertragung
anzuzeigender Größen und zusätzlicher, gleichzeitiger übertragung aperiodisch eingebbarer
Steuerbefehle. Die genannten Nachteile werden durch das digital arbeitende Mehrkanal-Fernwirkverfahren
zwischen einer Steuerzentrale und beliebig vielen zu steuernden Steuerfeldern (Stationen),
bei dem fortlaufend mit der Steuerzentrale und jedem Steuerfeld zugeordneten synchronisierten
Oszillatoren und Zählern sich zeitlich deckende, unterteilte übertragungsperioden
gebildet werden, die aus einem Raster von mehreren Zeitblöcken mit je einer Anzahl
Zeitabschnitten von Impulsbreite bestehen, in das Befehle, Meldungen und Kontrollsignale
eingefügt sind, gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß gleichzeitig auf getrennten
Kanälen in der einen übertragungsrichtung der vollständige Nachrichteninhalt eines
angewählten Steuerfeldes übertragen wird und in der anderen übertragungsrichtung
aperiodisch erfolgende Steuerbefehle für dieses oder ein beliebiges anderes Steuerfeld
gegeben werden, wobei die von der Steuerzentrale ausgehende Impulsfolge in ihren
Zeitblöcken folgende Informationen enthält: Erster Zeitblock: Steuerfeldkennzahl
des abzufragenden Steuerfeldes; zweiter Zeitblock: Steuerfeldkennzahl des zu steuernden
Steuerfeldes; dritter Zeitblock: Übertragungskontrolle zum zweiten Zeitblock; vierter
und folgende Zeitblöcke: Steuerung des mit dem zweiten Zeitblock angewählten Steuerfeldes
und
wobei die Impulsfolge, die von dem mit dem ersten Zeitblock der Steuerzentrale angewählten
Steuerfeld ausgeht, in ihren Zeitblöcken folgende Informationen enthält: Erster
Zeitblock: Ohne Information; zweiter Zeitblock: Steuerfeldkennzahl dieses Steuerfeldes;
dritter und folgende Zeitblöcke: Meldungen (Anzeigen) dieses Steuerfeldes.
-
An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. F i
g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der von der Steuerzentrale ausgehenden Impulsfolge.
Fi g. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der von einem Steuerfeld zurückgesandten Impulsfolge.
Die übertragungsperiode erstreckt sich über die Zeit T. Sie ist unterteilt in acht
gleiche Zeitblöcke B 1 bis B B. Jeder Zeitblock ist wiederum unterteilt in acht
Zeitabschnittet, die mit p 1 bis p 8 bezeichnet werden. Die Zahl acht für
die Anzahl der Zeitblöcke oder Zeitabschnitte ist nur beispielhaft zu verstehen.
Die Zeitabschnitte und Zeitblöcke werden mittels eines frequenzstabilisierten Oszillators
(z. B. Quarzgenerator) OZ bzw. OZ' gebildet (s. oberer Teil F i g. 2 und 4). Der
Oszillator OZ arbeitet zunächst auf einen Binärzähler Z1, der beispielsweise vier
Stufen besitzt. Dies gestattet eine Synchronisierung mittels eines synchronisierenden
Impulses, der während jeder Übertragungsperiode einmal übertragen wird, auf eine
Genauigkeit von 1/1s der Breite des Zeitabschnittes t. Die mit der Zeitabschnittsfrequenz
am Ausgang des Zählers Z1 auftretenden Impulse werden auf einen Zähler Z2 geschaltet.
Dieser hat die Zählkapazität 8 und gibt bei jedem Überschreiten seiner Zählkapazität
einen Impuls an den Zähler Z3 weiter, der ebenfalls die Zählkapazität 8 hat. Die
Zähler Z2 und Z3 sind mit je acht weiteren Ausgängen versehen, von denen jeweils
einer belegt ist, wobei die Belegung mit jedem am Eingang des Zählers eintreffenden
Impuls auf den nächsten Eingang überwechselt. Die Ausgänge des Zählers Z3 bestimmen
daher die Zeitblöcke und die Ausgänge des Zählers Z2 die Zeitabschnitte innerhalb
jedes Zeitblocks.
-
F i g. 1 zeigt den typischen Aufbau der von der Steuerzentrale ausgehenden
Impulsfolge. Im zweiten Zeitabschnitt des ersten Blocks B 1 wird ein Synchronisierungsimpuls
Sy übertragen, während die Zeitabschnitte p 4 bis p 7 des ersten Zeitblocks das
Signal enthalten, durch welches das zum Zweck der Anzeige aufzurufende Steuerfeld
gekennzeichnet ist. Der letzte Zeitabschnitt p 8 dieses ersten Zeitblocks B 1 kann
zu einer bekannten Gleichheitskontrolle dienen. Die Belegung des Zeitabschnittesp8
mit einem Impuls hängt hierbei davon ab, ob die vorangegangene Summe der Impulse
eine gerade oder ungerade Zahl bildet. Unter Berücksichtigung des Zeitabschnittes
p 8 muß dann die Summe sämtlicher Impulse des Zeitabschnittes B 1 stets gerade oder
ungerade sein. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Übertragungsfehler vor. In
entsprechender Weise kann der letzte Zeitabschnitt p 8 sämtlicher Zeitblöcke
B 1 bis B 8 zur Gleichheitskontrolle des jeweiligen Blocks verwendet
werden.
-
In jedem Steuerfeld (F i g. 4) wird der Synchronisierungsimpuls aufgefangen
und synchronisiert die Zeitabschnittszählvorrichtung (OZ', Z1', Z2', Z3'). Das dem
Synchronisierungssignal folgende steuerfeldbestimmende Impulsbild wird in bekannter
Weise aufgenommen und decodiert, und zwar unter Kontrolle der gerade synchronisierten
Zeitabschnittszählvorrichtung. Die Übertragungsperioden T, die Zeitblöcke
B 1 bis B 8 und die Zeitabschnitte p 1 bis p 8 sind daher für die
von der Steuerzentrale ausgehende Impulsfolge und die an die Steuerzentrale zurückgesandte
Impulsfolge zeitlich stets deckungsgleich. In F i g. 3 ist der typische Aufbau der
vom Steuerfeld an die Steuerzentrale zurückgemeldeten Übertragungsperiode T dargestellt.
Der erste Zeitblock B 1 ist nicht belegt. Im zweiten Zeitabschnitt des zweiten Zeitblocks
ist ein Synchronisierungsimpuls vorhanden, während im vierten bis siebenten Zeitabschnitt
dieses Zeitblocks die Kennzahl des zurückmeldenden Steuerfeldes enthalten ist. Did
Blöcke B 3 bis B 8 enthalten die der Steuerzentrale mitzuteilenden Anzeigen. Da
der erste Zeitblock B 1 zum Aufruf eines Steuerfeldes dient, kann er für die Rückübertragung
von Anzeigen nicht ausgenutzt werden, er bleibt also ohne Information.
-
Der Zeitblock B 2 der von der Steuerzentrale ausgehenden Impulsfolge
(F i g. 1) enthält in seinen vier ersten Zeitabschnitten die Kennzahl des Steuerfeldes,
in dem Veränderungen (Steuerungen) vorgenommen werden sollen. Die Zeitabschnitte
p 5 bis p 7 bleiben in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ungenutzt, weil diesem
Ausführungsbeispiel eine Anordnung mit höchstens 16 Steuerfeldern zugrunde liegt.
Der dritte Zeitblock B 3 der von der Steuerzentrale ausgehenden Impulsfolge enthält
das negierte (antivalente) Impulsbild des Impulsblockes B 2. Dieser Zeitblock wird
zusammen mit dem vorangehenden Zeitblock zur Richtigkeitskontrolle des aufgerufenen
Feldes verwendet. In den weiteren Zeitblöcken B 4 bis B
8
sind dann die eigentlichen Steuerbefehle enthalten. Bei dem Steuerfeld,
das auf diese Weise Steuerbefehle enthält, kann es sich entweder um das zur gleichen
Zeit, also innerhalb der gleichen Übertragungsperiode T, abgefragte Steuerfeld oder
um irgendein anderes Steuerfeld handeln.
-
Jeder Impuls, der von der Steuerzentrale ausgeht (mit Ausnahme des
Synchronisierungsimpulses), kann aus einem Zeitabschnitt hochfrequenter Schwingungen
bestehen. Es wird hierbei stets eine von zwei zur Verfügung stehenden hochfrequenten
Schwingungen verwendet. Man kann sie beispielsweise durch geeignete Frequenzmodulation
einer Trägerfrequenz erzeugen. Entsprechend kann jeder Impuls (wieder mit Ausnahme
des Synchronisierungsimpulses), der von einem Steuerfeld an die Steuerzentrale zurückgesandt
wird, aus einer hochfrequenten Schwingung der anderen Frequenz bestehen. Die Synchronisierungsimpulse
können aus wiederum anderen Frequenzen bestehen. Durch die Verwendung solcher verschiedenen
hochfrequenten Schwingungen für die Darstellung der Impulse können alle ausgehenden
und eingehenden Informationen über eine Leitung übertragen werden, bzw. es kann
dank der Hochfrequenz die übertragung auch leitungsfrei vorgenommen werden.
-
Es sollen nun die Blockschaltbilder nach F i g. 2 und 4, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen, im einzelnen erläutert werden. F i g. 2 zeigt die Anordnung
in der Steuerzentrale, die für die Erzeugung der ausgehenden Impulsfolge erforderlich
ist.
F i g. 4 zeigt die Anordnung in einem Steuerfeld, die zur Rückübertragung der Anzeigen
als auch zum Empfang der Steuerbefehle erforderlich ist. Zur Bildung des im ersten
Zeitblock enthaltenen Aufrufsignals dient der Zähler Z und der Serienumformer
S l. Durch den den ersten Zeitabschnitt der Übertragungsperiode kennzeichnenden
Impuls wird der Zähler Z um eine Einheit weitergeschaltet. Dies geschieht durch
ein Gatter G 1, auf dessen Eingänge die Leitungen b 1 und p 1 geschaltet
sind. Die im Zähler Z stehende Zahl kennzeichnet das zum Zweck der Abfragung aufzurufende
Steuerfeld. Da mit jeder übertragungsperiode T der Zähler Z um eine Einheit weitergeschaltet
wird, werden nacheinander alle Steuerfelder zur Abfragung aufgerufen. Mit der Übertragung
von Befehlen und der hierfür erforderlichen Feldanwahl hat dieser Vorgang nichts
zu tun. Der Serienumformer besteht aus einer Anzahl Gatter GS. Diese Gatter sind
mit ihrem einen Eingang an die Zählstufen des Dualzählers Z angeschlossen, während
die anderen Eingänge an die Signalausgänge p 4 bis p7 des Zählers Z2 angeschlossen
sind. Entsprechend der im Zähler Z stehenden Zahl werden also in den Zeitabschnitten
p 4 bis p 7 am Ausgang der Gatter GS Impulse abgegeben. Diese sind auf ein Gatter
GSO geschaltet, auf dessen zweiten Eingang das Signal b 1 geschaltet ist. Am Ausgang
des Gatters GSO tritt also, und zwar nur im Zeitblock B l, in Seriendarstellung
das Impulsbild auf, das das aufzurufende Steuerfeld kennzeichnet. Dieses Impulsbild
wird über den Übertrager ü ausgesandt. Der Übertrager ü erzeugt auch den Synchronisierungsimpuls
Sy im zweiten Zeitabschnitt des ersten Zeitblocks. Hierzu dient ein Gatter Gy, auf
dessen Eingänge die Signale b 1 und p 2 wirken. Die Belegung des Zeitabschnittes
p 8 mittels eines Impulses zum Zweck der Gleichheitskontrolle wird durch die Einrichtung
K 1 vorgenommen.
-
Die Übertragung von Steuersignalen wird in folgender Weise durchgeführt:
Die Größe und Art der zu übertragenden Befehle wird an den fünf mal sieben Schaltern
CS vorgenommen. Die Bestimmung des Steuerfeldes, in dem Veränderungen stattfinden
sollen, wird durch den Schalter SS getroffen. Sind diese Einstellungen erfolgt,
dann wird der Schalter SC geschlossen, durch den Spannung an die belegten
Eingänge gelangt. Das Glied EN stellt einen Dezimal-Binärwandler dar. Am
Ausgang der Gatter GE erscheint die Kennzahl des aufzurufenden Feldes in binärer
Form. Die Gatter GI dienen zur Bildung des antivalenten Wertes dieser Kennzahl.
Die Glieder S2 bis S8 stellen Serienumformer dar, die in ähnlicher Weise wie der
Serienumformer S1 arbeiten. Der Serienumformer S2 dient zur Bildung des Impulsbildes
des Zeitblocks B 2, durch das das zu steuernde Feld aufgerufen wird. Der Serienumformer
S2 wird daher von den Signalen p1 bis p4 und b2 gesteuert. Der Serienumformer
S3 dient zur Bildung des im Zeitblock B 3 übertragenen antivalenten Wertes der Kennzahl
des anzusteuernden Feldes. Er wird von den Größen p 1 bis p 4 und
b 3 gesteuert. Die Serienumformer S4 bis S8 dienen zur Bildung der eigentlichen
Steuerbefehle. Sie werden von den Signalen p 1 bis p7 und dem jeweiligen zeitblockbestimmenden
Signal b4 bis b8 gesteuert. Die Übertragung aller dieser Signale erfolgt wieder
durch den Übertrager ü und die Belegung mit dem Gleichheitskontrollimpuls in den
Zeitabschnitten p8 durch die Einrichtung K1. In jedem Steuerfeld wird von dem Empfänger
E der Synchronisierungsimpuls aufgefangen (F i g. 4) und den Zählern Z1' bis Z3'
zum Zweck der Synchronisierung mit den von der Steuerzentrale festgelegten Zeitabschnitten
zugeführt. Die ein bestimmtes Steuerfeld zum Zweck der Abfragung kennzeichnende
Impulsfolge des Blockes B 1 wird in dem Speicher SP durch die Gatter GP und die
binären Speicherglieder ST in Paralleldarstellung umgeformt und vorübergehend
gespeichert. Hierzu werden die Gatter GP von den Signalen p1 bis
p7 gesteuert. Die Gleichheitskontrolle mittels des Impulses im Zeitabschnitt
p8 erfolgt durch die Einrichtung K2. Ist die Kontrolle positiv, dann wird die in
den Gliedern ST gespeicherte Zahl über die Gatter GT freigegeben und gelangt
zu den Decodierern CIC und DCC. Das Gatter GI im Decodierer CIC und die Gatter
GC 1
und GC 2 im Decodierer DCC sind symbolisch dargestellt
an Stelle einer größeren Zahl von Gattern. Bei dem gewählten Beispiel besteht das
Gatter GI im Block CIC aus mindestens vier Gattern und die Gatter GC
1 und GC 2 im Block DCC aus mindestens sieben Gattern. Das Gatter
GI ist auf die Kennzahl des Steuerfeldes voreingestellt. Da es außerdem vom
Signal b 1 gesteuert wird, gibt der Decodierer CIC an seinem Ausgang
eine Spannung frei, wenn die im Zeitblock B 1 von der Steuerzentrale übertragene
Kennzahl mit der Kennzahl des Steuerfeldes übereinstimmt. Durch die am Ausgang von
CIC freigegebene Spannung wird der Übertrager FÜ in Tätigkeit gesetzt, über den
die Anzeigen des Steuerfeldes in Form der Impulsfolgen nach F i g. 3 an die Steuerzentrale
übertragen werden. Der Synchronisierungsimpuls wird durch das Gatter GY', das von
den Signalen b 2 und p 2 gesteuert wird, ausgelöst. Die zur Rückmeldung der Anzeigen
dienenden Serienübertrager FS2 bis FS8 arbeiten in entsprechender Weise wie die
Serienübertrager S2 bis S8 in Fig.2. Der Eingang des Serienübertragers FS2 ist auf
die Kennzahl des Steuerfeldes fest eingestellt. Durch ihn wird die im Block 2 (F
i g. 3) übertragene Kennzahl gebildet. Die Blöcke FS3 bis FS8 bilden die Impulsbilder
der eigentlichen Anzeigegrößen. Die für die Gleichheitskontrolle erforderliche Belegung
der Zeitabschnitte p 8 erfolgt durch die Einrichtung K3.
-
Die Anordnung in der Steuerzentrale, durch die die vom Steuerfeld
kommende Impulsfolge erfaßt und verarbeitet wird, ist in den Figuren nicht dargestellt.
Sie ist ähnlich aufgebaut wie die im folgenden zu beschreibende Empfangseinrichtung
für die Steuerimpulsfolge in den einzelnen Steuerfeldern.
-
Die Verarbeitung der eine Steuerung bezweckenden Impulse der Zeitabschnitte
B 2 bis B 8 der von der Steuerzentrale ausgehenden Impulsfolge erfolgt
folgendermaßen: Die Impulsbilder der Blöcke B 2 bis B 8 (F i g. 1) werden in jedem
Steuerfeld von dem Empfänger E (F i g. 4) und dem Speicher SP in gleicher Weise
verarbeitet wie dies oben beim Empfang des Zeitblocks B 1 beschrieben wurde. Das
Gatter GC 1 des Decodierers DCC ist fest auf die Kennzahl des Steuerfeldes
eingestellt. Das Gatter GC2 ist fest auf den antivalenten Wert dieser Kennzahl eingestellt.
Sofern die am Ende des zweiten Zeitblocks am Speicher SP auftretende Zahl der Kennzahl
des Steuerfeldes entspricht, wird das Speicherglied CT 1
belegt. Das gleiche
gilt für die Belegung des Speichergliedes CT 2, wenn am Ende des dritten
Zeitblocks am Ausgang von SP der antivalente Wert der
Steuerfeldkennzahl
auftritt. In diesem Fall wird von dem Gatter GR eine Spannung an den Block
GA
übertragen, durch die dieser Block GA, der aus einem Satz von Gattern
besteht, die in den Zeitblöcken B 4 bis B 8 einfallenden Befehle an
die Speieher R 4 bis R 8 weitergibt. Entsprechend der Steuerung durch die Größen
b 4 bis b 8 ist jedem Zeitabschnitt einer der Speicher R 4 bis R 8
zugeordnet. Die einfallenden Befehle werden hier in Paralleldarstellung gespeichert
und betätigen dann die in der Figur nicht dargestellten eigentlichen Steuerorgane.
-
Wie die obigen Ausführungen erkennen lassen, erfolgt die Abfragung
aller Steuerfelder in zyklischer Reihenfolge. Die Vornahme einer Steuerung in einem
Steuerfeld findet nur dann statt, wenn eine Veränderung in einem Steuerfeld notwendig
ist. Ist dies der Fall, so sind für die Steuerung keine zusätzlichen Zeitintervalle
erforderlich. Sie findet innerhalb der Zeiten statt, die bereits zur Abfragung dienen.
Jedes belegte Steuerfeld kann zum Zweck der Steuerung augenblicklich angesteuert
werden, unabhängig davon, welches Feld in der zugehörigen Übertragungsperiode abgefragt
wird. Es ist also nicht erforderlich, daß zur Steuerung eines bestimmten Feldes
zunächst so lange gewartet werden muß, bis dieses Feld im Zuge der zyklischen Abfragung
gerade wieder abgefragt wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,
daß in der Steuerzentrale und den Steuerfeldern jeweils nur eine die Zeitblöcke
und Zeitabschnitte festlegende Zählvorrichtung (OZ bis Z3) erforderlich ist. Diese
Zählvorrichtung kontrolliert sowohl die Einrichtungen zur Abgabe als auch die Einrichtungen
zum Empfang einer Impulsfolge.