-
Schaltungsanordnung zum überwachen von Impulsübertragungsschaltungen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum überwachen von bistabilen Kippschaltungen
einer Irnpulsübertragungsschaltung, bei der eine der Überwachung dienende bistabile
Kippschaltung mit ihrem einen Eingangsfeld an die Steuerleitung eines Impulsgebers
und mit ihrem zweiten Eingangsfeld an ein ODER-Gatter angeschlossen ist.
-
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung für den genannten Anwendungsfall,
insbesondere zur Überwachung eines Schieberegisters, welches als Parallel-Serien-Umsetzer
arbeitet, bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist jeder Eingang des genannten
ODER-Gatters direkt mit je einem Ausgangsfeld einer bistabilen Kippschaltung des
Schieberegisters verbunden. Die der Überwachung dienende bistabile Kippschaltung
soll nun durch die das Schieberegister steuernden Taktimpulse an ihrem einen Eingangsfeld
in die Alarmlage (Ein-Stellung) und durch die vom Schieberegister gelieferten Ausgangsimpulse
an ihrem zweiten Eingangsfeld wieder in die Ruhelage (Aus-Stellung) kommen. Beim
Verbleiben der bistabilen Kippschaltung in einer ihrer beiden Lagen über eine bestimmte
Zeit hinaus soll mit Hilfe eines Alarmrelais ein Störungsanzeigesignal ausgelöst
werden. Bei einer ordnungsgemäßen Funktion der Gesamtschaltungsanordnung soll bei
Anwendung eines Alarmrelais im Ruhestrombetrieb dieses nicht abfallen und im Arbeitsstrombetrieb
dieses nicht anziehen (deutsche Auslegeschrift 1122 100). Die Schaltungsanordnung
hat jedoch den Nachteil, daß im Fall der Verwendung eines exklusiven ODER-Gatters
(Mischgatters) dessen Ausgangssignal nur dann vorhanden ist, wenn sich eine bistabile
Kippschaltung des Schieberegisters in Ein-Stellung befindet. Eine Änderung des genannten
Ausgangssignals tritt nur dann ein, wenn kurzzeitig bei Eingabe eines Impulses alle
bistabilen Kippschaltungen des Schieberegisters die Aus-Stellung einnehmen. Die
bistabilen Kippschaltungen des Schieberegisters müssen also so dimensioniert sein,
daß sie von der Einin die Aus-Stellung schneller als von der Aus- in die Ein-Stellung
schalten.
-
Sind jedoch zwei oder mehr bistabile Kippschaltungen des Schieberegisters
in Ein-Stellung, dann ist kein Ausgangssignal am exklusiven ODER-Gatter vorhanden.
Ob kurzzeitig einmal ein Ausgangssignal auftritt, hängt von dem Zufall ab, ob während
des Schaltens der bistabilen Kippstufen des Schieberegisters einmal nur eine bistabile
Kippstufe die Ein-Stellung einnimmt.
-
Die Schaltungsanordnung hat ferner den Nachteil, daß auch im Fall
der Verwendung eines inklusiven ODER-Gatters die bistabilen Kippstufen des Schieberegisters
so dimensioniert sein müssen, daß sie von der Ein- in die Aus-Stellung schneller
als von der Aus- in die Ein-Stellung schalten. Nur so kann garantiert werden, daß
am Ausgang des inklusiven ODER-Gatters bei Eingabe eines Impulses in das Schieberegister
ein Ausgangsimpuls erscheint.
-
Von großem Nachteil bei der bekannten Schaltungsanordnung ist außerdem,
daß bei Verwendung des Alarmrelais im Arbeitsstrombetrieb bei Leitungsbruch zwischen
der der Überwachung dienenden bistabilen Kippschaltung und dem Alarmrelais und bei
Verwendung des Alarmrelais im Ruhestrombetrieb bei Leitungsbruch der zum ersten
Eingangsfeld der der Überwachung dienenden bistabilen Kippschaltung führenden Steuerleitung
keine Störungsanzeige erfolgt.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zum überwachen von bi, stabilen Kippschaltungen einer Impulsübertragungsschaltung
zu schaffen, bei der an die bistabilen Kippschaltungen keine besonderen Forderungen
in bezug auf die Dimensionierung gestellt werden und bei der auch im Fall von Leitungsbrüchen
eine Störungsanzeige erfolgt.
-
Mit der Erfindung ist diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß jedem
Eingang des ODER-Gatters ein Impulsgatter vorgeschaltet ist, dessen dynamische Eingänge
mit den Ausgängen der zu überwachenden bistabilen Kippschaltungen und dessen Eingänge
mit einem Ausgangsfeld der der Überwachung dienenden bistabilen Kippschaltung verbunden
sind, und daß an jedes Ausgangsfeld der bistabilen Kippschaltung ein Verzögerungsglied
und an die Verzögerungsglieder ein gemeinsames UND-Gatter angeschlossen ist.
Die
Schaltungsanordnung nach der Eründung soll an Hand von drei Ausführungsbeispielen
erläutert werden.
-
F i g. 1 zeigt die verwendeten Schaltungskurzzeichen; F i g. 2 zeigt
eine Schaltungsanordnung einer Ringzählkette und die der Überwachung dienenden vollständigen
bistabilen Kippschaltungen; F i g. 3 zeigt die Schaltungsanordnung eines Binärzählers;
F i g. 4 zeigt die Schaltungsanordnung eines Schieberegisters als Parallelserienwandler;
F i g. 5 zeigt das Schaltfolgediagramm einer Ringzählkette; F i g. 6 zeigt das Schaltfolgediagramm
eines Binärzählers; F i g. 7 zeigt das Schaltfolgediagramm eines Schieberegisters.
-
In F i g. 1 sind die in den Schaltungsanordnungen nach F i g. 2, 3
und 4 verwendeten Schaltungskurzzeichen für binäre Signale (0 und 1) dargestellt.
-
An einem UND-Gatter U entsteht ein Ausgang 1 nur dann, wenn an beiden
Eingängen der Zustand »1« vorhanden ist. An einem UND-Nicht-Gatter UN entsteht
ein Ausgang 0 nur dann, wenn an beiden Eingängen der Zustand »1« vorhanden ist.
An einem ODER Gatter O entsteht ein Ausgang 1, wenn an dem einen oder dem anderen
Eingang oder an beiden Eingängen der Zustand »1« vorhanden ist.
-
Gatter mit mehr als zwei Eingängen werden entsprechend dargestellt.
-
Das Impulsgatter JGy ist durch einen negierten statischen Eingang
und durch einen dynamischen Eingang gekennzeichnet. Ein Ausgang 1 entsteht nur für
die Zeit, in der der dynamische Eingang vom Zustand »1« auf »0« übergeht und am
statischen Eingang der Zustand »0« vorhanden ist.
-
Ein Verzögerungsglied wird durch ein Rechteck gekennzeichnet. In F
i g. 1 ist ein Verzögerungsglied VG dargestellt, welches den Übergang vom Zustand
»1« auf »0« verzögert.
-
Astabile und bistabile Kippschaltungen werden durch ein Quadrat, welches
in zwei Felder geteilt ist, dargestellt. Jedes Feld besitzt entsprechend dem Informationsfluß
ein Ein- und ein Ausgangsfeld. Eingänge werden links bzw. oben (Eingangsfeld) und.
Ausgänge werden rechts bzw. unten (Ausgangsfeld) angeschlossen. Die Ausgänge des
gleichen Feldes haben gleichen logischen Zustand.
-
Bei den bistabilen Kippschaltungen verursacht der Zustand »1« am Eingang
nur eines Feldes den Zustand »1« am Ausgang des gleichen Feldes und den Zustand
»0« an den Ausgängen des anderen Feldes.
-
Im betriebsbereiten Zustand einer Schaltungsanordnung, z. B. nach
dem Einschalten der Stromversorgung, hat der durch den schwarzen Balken gekennzeichnete
Ausgang den Zustand »1«.
-
In F i g. 1 sind dargestellt eine astabile Kippschaltung T, eine bistabile
Kippschaltung Bx mit zwei Impulseingängen, eine bistabile Kippschaltung By mit einem
gemeinsamen Impulseingang und eine bistabile Kippschaltung Bz mit einem gemeinsamen
Impulseingang und zwei statischen Eingängen.
-
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung soll nun an Hand eines
ersten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der F i g. 2 und 5 erläutert werden.
-
In F i g. 2 sind dargestellt: eine astabile Kippschaltung T, eine
Ringzählkette RZ, bestehend aus vier bistabilen Kippschaltungen B 1, B 2, B 3,
B 4 und einem UND-Nicht-Gatter UNI, eine überwachungsschaltung üW, bestehend
aus einer der Überwachung dienenden bistabilen Kippschaltung ü, die mit ihrem einen
Eingangsfeld über ein Impulsgatter JG1 an die Steuerleitung eines Impulsgebers (astabile
Kippschaltung T) und mit ihrem zweiten Eingangsfeld an ein ODER-Gatter 01, dessen
jedem Eingang ein Impulsgatter JG 2; JG 3; JG 4; JG 5 vorgeschaltet ist,
angeschlossen ist, sowie von je einem an jedes Ausgangsfeld der bistabilen Kippschaltung
ü angeschlossenen Verzögerungsglied VG1; VG2 und einer an die Verzögerungsglieder
VG1; VG2 angeschlossenen UND-Schaltung U1.
-
Die dynamischen Eingänge der Impulsgatter JG1; JG2; JG 3; JG4;
JG 5 sind mit A 0, Al, A2, A 3 und A 4 gekennzeichnet.
An den Punkt A 0 wird stets der Impulsgeber T und an die Punkte
A1, A2,
A 3, A 4 werden die bistabilen Kippschaltungen der zu überwachenden
Impulsübertragungsschaltung-in F i g. 2 ist eine Ringzählkette RZ dargestellt -
angeschlossen. Am Ausgang der Überwachungsschaltung ÜW ist das Signal u1 abnehmbar.
-
Im Schaltfolgediagramm nach F i g. 5 sind die Ein-Stellungen der astabilen
Kippschaltung T und die der bistabilen Kippschaltungen B 1, B 2, B 3 und
B 4 mit schwarzen Strichen dargestellt. In diesem Schaltfolgediagramm und auch in
denen nach F i g. 6 und 7 verläuft von oben nach unten die Zeitachse.
-
Bei der Erläuterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 sei von
der dort angegebenen Grundstellung der astabilen und der bistabilen Kippschaltungen
ausgegangen.
-
Bei jedem Signalwechsel der astabilen Kippschaltung T vom Zustand
»1« auf »0« auf der an die bistabilen Kippschaltungen B l, B2, B3, B 4 angeschlossenen
Steuerleitung kommt eine bistabile Kippschaltung in die Aus-Stellung, die danach
die darauffolgende bistabile Kippschaltung durch Signalwechsel von »1« auf »0« auf
der Verbindungsleitung zwischen den bistabilen Kippschaltungen in die Ein-Stellung
bringt. Dabei bildet die bistabile Kippschal tung B 1 eine Ausnahme, sie kommt stets
erst dann wieder über das UND-Nicht-Gatter UNI in die Ein-Stellung, wenn
die bistabilen Kippschaltungen B 2, B3 und B4 die Grundstellung eingenommen haben.
-
Das Schaltfolgediagramm nach F i g. 5 zeigt die Schaltvorgänge einer
Ringzählkette RZ beim Ansteuern von fünf Impulsen durch die astabile Kippschaltung
T im störungsfreien Ablauf. In diesem Fall wird durch jeden Impuls (Übergang vom
Zustand »1« auf »0«) der astabilen Kippschaltung T die bistabile Kippschaltung lt
über ein Impulsgatter JG 1 in die Ein-Stellung gebracht. Jeder Impuls (Übergang
vom Zustand »1« auf »0«) der astabilen Kippschaltung T bringt, wie bereits beschrieben,
eine bistabile Kippschaltung der Ringzählkette in die Aus-Stellung.
-
Dabei tritt jeweils nur an einer bistabilen Kippschaltung der Ringzählkette
RZ ein Signalwechsel vom Zustand »1« auf »0« ein. Über das an jede bistabile Kippschaltung
B 1; B 2; B 3; B 4 angeschlossene Impulsgatter JG 2, JG 3, JG 4, JG
5 kommt danach nach jedem Impuls des astabilen Multivibra tors T die bistabile Kippschaltung
Ü wieder in die Aus-Stellung.
-
Durch die Verwendung von Impulsgattern ist es nicht notwendig, besondere
Dimensionierungen der
bistabilen Kippschaltungen vorzunehmen, die
bestimmte Ein- und Ausschaltzeiten garantieren.
-
Mit Hilfe des Verzögerungsgliedes VG 1 wird die Zeit überbrückt,
in der die bistabile Kippschaltung t7 in der Aus-Stellung ist, und mit dem Verzögerungsglied
VG2 wird die Zeit überbrückt, in der die bistabile Kippschaltung Ü in der Ein-Stellung
ist. Am Ausgang des UND-Gatters U 1 ist daher bei ordnungsgemäßer Funktion der Ringzählkette
RZ und der Überwachungsschaltung üW ein Ausgangssignal ü 1 vorhanden.
-
Bleibt infolge einer Störung ein Rückstellimpuls von der Ringzählkette
aus, dann bleibt die bistabile Kippschaltung zu lange in der Ein-Stellung, am Ausgang
des Verzögerungsgliedes VG2 erscheint der Zustand »0«, das Ausgangssignal ü1 verschwindet,
es wird zu u l, und die Störung wird gemeldet.
-
Eine Störung wird auch dann gemeldet, wenn ein Leitungsbruch zwischen
der bistabilen Kippschaltung U und den Verzögerungsgliedern VG1, VG2 oder zwischen
diesen und dem UND-Gatter U1 eintritt.
-
Im Fall, daß ein Leitungsbruch zwischen dem Impulsgatter
JG 1 und der bistabilen Kippschaltung Ü eintritt, erscheint am Ausgang des
Verzögerungsgliedes VG 1 nach Ablauf der Verzögerungszeit der Zustand »0«,
am Ausgang des UND-Gatters U1 erscheint das Signal u 1, d. h., die Störung wird
gemeldet.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel soll an Hand der F i g. 3 und 6 erläutert
werden.
-
In F i g. 3 sind dargestellt: eine astabile Kippschaltung
T und ein Binärzähler BZ, bestehend aus drei bistabilen Kippschaltungen
Z0; Z1; Z2.
-
Zur Überwachung des Binärzählers BZ werden die Punkte A'0,
A' 1, A' 2, A'3, A'4 mit den entsprechenden Punkten A 0, A 1, A 2, A 3,
A 4 der überwachungsschaltung üW nach F i g. 2 angeschlossen.
-
Im Schaltfolgediagramm nach F i g. 6 sind die Ein-Stellungen der astabilen
Kippschaltung T und die der bistabilen Kippschaltungen Z0, Z1, Z2 mit schwarzen
Strichen dargestellt.
-
Bei der Erläuterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 sei von
der dort angegebenen Grundstellung der astabilen Kippschaltung T und der der bistabilen
Kippschaltungen Z0, Z1, Z2 ausgegangen.
-
Bei jedem Signalwechsel am oberen Ausgangsfeld der astabilen Kippschaltung
T vom Zustand »1« auf »0« ändert die bistabile Kippschaltung ZO ihren Zustand. Bei
jedem Signalwechsel der bistabilen Kippschaltung ZO an ihrem oberen Ausgangsfeld
vorn Zustand »1« auf »0« ändert die bistabile Kippschaltung Z 1 ihren Zustand usw.
-
Das Schaltfolgediagramm nach F i g. 6 zeigt die Schaltvorgänge eines
Binärzählers Z beim Ansteuern von zehn Impulsen durch die astabile Kippschaltung
T im störungsfreien Ablauf. Die Besonderheit bei der Überwachung eines Binärzählers
besteht darin, daß an jedes Ausgangsfeld der der höchsten Binärzahl zugeordneten
Kippschaltung Z2 ein Impulsgatter JG 4, JG 5 über die Verbindung A'3, A'4
angeschlossen wird. Die bistabilen Kippschaltungen Z0, 7.1., Z2 des Binärzählers
BZ geben immer dann einen Impuls (Übergang vom Zustand »1« auf »0«) auf die Überwachungsschaltung
ÜW, wenn die bistabilen Kippschaltungen in die Ein-Stellung kommen. Lediglich die
letzte bistabile Kippschaltung Z2 muß auch einen Impuls abgeben, wenn sie in die
Aus-Stellung kommt. Im Schaltfolgediagramm nach F i g. 6 ist dieser Impuls nach
dem achten Impuls der astabilen Kippschaltung T notwendig, damit keine Störung vorgetäuscht
wird.
-
Die Arbeitsweise der Überwachungsschaltung üW entspricht der, wie
sie bereits beim ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
-
Ein drittes Ausführungsbeispiel soll an Hand der F i g. 4 und 7 erläutert
werden.
-
In F i g. 4 sind dargestellt: eine astabile Kippschaltung T, ein Schieberegister
SR, bestehend aus vier bistabilen Kippschaltungen S1, S2, S3, S4, an die
je ein Verzögerungsglied VG 3, VG 4, VG 5, VG 6 an-
geschlossen ist.
-
Zur Überwachung des Schieberegisters SR, welches als Parallelserienumsetzer
arbeitet, werden die Punkte A"0, A"1, A"2, A"3, A"4 mit den
entsprechenden Punkten A 0, A 1, A 2, A 3, A 4 der Überwachungsschaltung
üW nach F i g. 2 angeschlossen.
-
Im Schaltfolgediagramm nach F i g. 7 sind die Ein-Stellungen der astabilen
Kippschaltung T und die der bistabilen Kippschaltungen S1, S2, S3, S4
mit
schwarzen Strichen dargestellt.
-
Bei der Erläuterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 sei von
der dort angegebenen Grundstellung der astabilen Kippschaltung T und der der bistabilen
Kippschaltungen S1, S2, S3, S4 ausgegangen. Im vorliegenden Falle befinden
sich nur die bistabilen Kippschaltungen S1 und S3 in Ein-Stellung, d. h., eine Codeblock
10 10 in Paralleldarstellung soll mit Hilfe des Schieberegisters SR in eine Seriendarstellung
übergeführt werden. Bei jedem Signalwechsel am oberen Ausgangsfeld der astabilen
Kippschaltung T vom Zustand »1« auf »0« werden die Ein-Stellungen der bistabilen
Kippstufen von den unmittelbar folgenden bistabilen Kippstufen übernommen. Die Verzögerungsglieder
VG3, VG4, VG5, VG6 sind immer dann notwendig, wenn die bistabile Kippschaltung Ü
nach F i g. 3 dem sehr schnellen Ein- und Ausschaltwechsel nicht folgen kann. Durch
die Verzögerungsglieder VG3, VG4, VG5, VG6 werden die Ausschaltbefehle verzögert
abgegeben.
-
Das Schaltfolgediagramm nach F i g. 7 zeigt die Schaltvorgänge des
Schieberegisters SR bei der Parallelserienwandlung eines Codeblocks 1010. Dieses
besondere Beispiel ist deshalb gewählt worden, um zu zeigen, daß auf einen Fortschalteimpuls
der astabilen Kippschaltung T mehr als ein Ausschalteimpuls auf die bistabile Kippschaltung
t% nach F i g. 2 gegeben werden kann. Im speziellen Beispiel ist dies am Ende des
ersten und zweiten Impulses der astabilen Kippschaltung T der Fall. Ist also beispielsweise
die bistabile Kippschaltung S3 defekt, so kann dies erst nach dem dritten Impuls
der astabilen Kippschaltung T durch die überwachungsschaltung üW nach F i g. 2 bemerkt
werden.
-
Die Erfindung ist nicht allein auf die dargestellten dynamischen getakteten
Impulsübertragungsschaltungen anwendbar, sondern unter Berücksichtigung der Wahl
der Verzögerungszeiten der beiden Verzögerungsglieder VG1 und VG2 auch für dynamisch
ungetaktete sowie für statisch getaktete und ungetaktete Impulsübertragungsschaltungen.
-
Die Überwachungsschaltung üW nach F i g. 2 läßt sich durch Hinzufügen
je eines weiteren Impulsgatters und durch Erweiterung des ODER-Gatters
01
um je einen Eingang für jede zu überwachende bistabile
Kippschaltung einer Impulsübertragungsschaltung erweitern.