DE1487816A1

DE1487816A1 - Anordnung zum Synchronisieren von motorgetriebenen Geraeten

Info

Publication number: DE1487816A1
Application number: DE19661487816
Authority: DE
Inventors: Waldemar Saeger
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1965-10-01
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NL6613734A; GB1140456A; NL145735B; DE1487816B2; US3408547A

Description

lipl. Ing. F. Weickinann, Pi. ι ■·). A. W.ir.kinjiii_s jil. Ing. H. Weir.k v^ im. nini Ph_Vi. Or K. Fi 8 «ununii 2 7. M,h! ,iraSe 22

XEROX CORPORATION Rochester, New York, N.Y. 14603, U. S. A,

Anordnung zum Synchronisieren von motorgetriebenen Geräten

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Synchronisierungsanordnungen.

Es gibt viele Anwendungen für eine Anordnung, die zwei voneinander entfernte Systeme genau synchronisiert und in gleiche Phasenlage

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bringt, wobei die Verbindungseinrichtungen notwendigerweise aus einer minimalen Anzahl von Leitungen bestehen. Bei den meisten Anwendungen dieser Art ist es erforderlich, die einzelnen zwei Einheiten verbindenden Nachrichtenwege sowie die von einer zur anderen zu übertragenden Daten zeitlich aufzuteilen. Die Verbindung zwischen zwei synchronisierten Einheiten ist nicht unbedingt auf die Verwendung eines Drahtweges beschränkt. Im allgemeinen können Verbindungen irgendwelcher Art benutzt werden. Die allge- ψ meine Bedingung ist, daß die Stellungen der Drehachsen der entfernten Einheit und der Haupteinheit, beispielsweise Empfänger und Sender, für sehr dicht beieinander angeordnete Einheiten gleich sind und für sehr weit voneinander entfernte Einheiten zeitlich genauso gegeneinander verschoben sind, wie die Daten an ihren Anschlüssen.

Anwendungsbeispiele dieser Art sind folgende:

(1) entfernte serienverschlüsselte Nachrichtendrucker, fc (2) umsetzende Vervielfacher und Dekodierer,

(3) Bildtelegrafiesysteme,

(4) entfernte Eingabe/Ausgabeeinrichtungen für einen Computer, die natürlicherweise mit dem zentralen Computer synchronisiert sind.

Ea ist nicht anzunehmen, daß Sender und Empfänger von der gleichen Spannungsquelle gespeist werden. Es sind daher häufig lokale Spannungsquellen erforderlich. Zur Zeit erfolgt beispielsweise bei Bildtelegrafiesystemen eine anfängliche Grobeinstellung oder eine

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automatische Abstandssteuerung. Es wird angenommen, daß danach der Synchronismus erhalten bleibt, da die Einrichtungen entweder aus der gleichen Wechselspannungsquelle gespeist werden oder quarzgesteuerte Wechselspannungsquellen verwenden. Wenn örtliche quarzgesteuerte Spannungsquellen benutzt werden, ist eine extreme Frequenzgenauigkeit erforderlich. Ist beispielsweise bei einer typischen Bildtelegrafieübertragung pro Seite maximal ein aus der Richtungkommen von 1,59 mm zulässig, so muß die Oszillatorfrequenz innerhalb von - 0,00034 $> genau sein. a

Die Erfindung bezweckt daher, eine Synchronismerungsanordrmng und ein Verfahren zum Synchronisieren von elektromechanischen Einrichtungen mit einer entfernten Quelle von Synchronisierungssignalen zu schaffen. Die Erfindung will ferner zv/ei voneinander entfernt angeordnete, sich verhältnismäßig langsam, beispielsweise in der Größenordnung von 180 U/min., drehende Achse mit einer relativen Genauigkeit von mehr als 0,2° schnell und mit niedrigen Kosten synchronisieren, so daß die erfindungsgemäße Anordnung entweder in einem Sender oder einem Empfänger vorgesehen sein kann. I

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt im Prinzip einen Bildtelegrafieempfänger. Fig. 2 zeigt in Prinzip einen Bildtelegrafiesendeempfänger»

In Fig. 1 ist ein 3840 Hz-Oszillator dargestellt, der ein billiger 'stimmgabeloszillator mit einer Genauigkeit von - 0,05 7° sein kann. Der Ausganr- dos Oszillators 10 ist mit einem scchsstufigen Fre-

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quenzteiler 12 verbunden, der aus sechs üblichen zur Verfügung stehenden Flip-Flop-Schaltungen aufgebaut ist, die in der üblichen Weise zur Bildung einer Teilerkette als Zähler zusammengeschaltet sind. Die an der Klemme "0" der Stufe 6 auftretende 60 Hz-Rechteckschwingung wird durch den Endverstärker 14 verstärkt und dem Motor 16 zugeführt. Der Motor 16 sollte ein Synchronmotor mit an den Polkanten erweitertem Luftspalt und vorzugsweise ein Zweipol-Motor mit einem Permanentmagnetrotor sein, damit eine eindeutige ) Beziehung zwischen der Stellung der Motorachse und der Phasenlage der dem Motor vom Verstärker 14 zugeführten Spannung gegeben ist. Ein Satz Zahnräder 18 koppelt den Motor 16 mit einer Bildtelegrafietrommel 20, die mit 180 U/min, d.h. mit 1/20 der Motorgeschwin-

digkeit gedreht wird. Die Zahnräder 18 drehen auch eine Führungsspindel 22, auf der eine Zeicheneinrichtung 24 befestigt ist. Die Teile 22 und 24 sind in Bildtelegrafieeinrichtungen üblich und werden nur zur Veranschaulichung eines Gerätes gezeigt, das mit Hilfe der Anordnung gemäß der Erfindung synchronisiert werden kann. An der Trommel 20 ist eine Nockenscheibe 26 angebracht, die den einpoligen Umschalter 28 betätigt, so daß die Stellungen des normalerweise geschlossenen Kontaktes 27 und des normalerweise geöffneten Kontaktes 29 zwischen den Winkelstellungen der Trommel von 354° bis 6° bezüglich einem festen Bezugswert umgekehrt werden, wodurch eine Kontaktzeit von 11,1 msec entsteht. Der bewegbare Kontakt des Schalters 28 ist mit einer Niederspannungsquelle 30 verbunden und führt diese Spannung in Abhängigkeit von der Stellung der Trommel 20 entweder dem normalerweise geschlossenen Kontakt 27 oder dem normalerweise geöffneten Kontakt 29 zu.

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Ankommende Signale werden an der Klemme 32 aufgenommen. Sie enthalten innerhalb eines 333 1/3 msec-Intervalls mindestens ein Synchronisierungssignal von 4»2 msec Dauer. Eine Synchronisiertrennschaltung 34 trennt die Synchronieierungssignale von den anderen ankommenden Informationssignalen. Die Schaltung 34 ist so bemessen, daß sie die Synchronisierungssignale aufnimmt. Sie kann ein Tonsieb, ein Amplitudensieb o.a. enthalten. Tritt das Synchronisierungssignal als Gleichspannungspegel auf, so kann u. U. auf die Synchronisiertrennschaltung 34 verzichtet werden.

Das Synchronisierungssignal wird einem Eingang eines Und-Gatters 36 und eines Und-Gatters 38 zugeführt. Der andere Eingang des Und-Gatters 36 ist mit dem normalerweise geöffneten Kontakt 29 und der andere Eingang des Und-Gatters 38 mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 27 des Schalters 28 verbunden. Die Spannung der Spannungsquelle 30 ist so gewählt, daß sie der "1"-Spannung der verschiedenen im Gerät vorhandenen Logikschaltungen entspricht. Demgemäß erhält man abhängig davon, ob die vordere Flanke des Synchronisierungsimpulses innerhalb oder außerhalb des 11,1 msec-Schaltintervalls des Schalters 28 liegt, entweder am Ausgang des Und-Gatters 36 oder des Und-Gatters 38 ein Signal. In Reihe mit dem Ausgang der Synchronisiertrennschaltung 34 kann ein Kondensator 40 geschaltet werden, so daß der Synchronisierungsimpuls differenziert wird und die Und-Gatter 36 und 38 nur auf die vordere Flanke des empfangenen Synchronisierungsimpulses ansprechen. Der Ausgang des Und-Gatters 36 ist mit dem Setz-Eingang des Flip-Flops 42 verbunden, mit dessen Rucksteileingang der Aus-.

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gang des Und-Gatters 38 verbunden ist. Daher wird das Flip-Plop in den "1"-Zustand gekippt, wenn das Synchronisierungssignal während des Betätigungsintervalls des Schalters 28 eintrifft, oder in den "O"-Zustand gekippt, wenn es außerhalb dieses Intervalls eintrifft. Die Elemente 36, 38, 40 und 42 können gemeinsam durch eine erhältliche Gatter-Flip-Flop-Schaltung gebildet werden.

Der "O"-Zustand des Flip-Flops 42 ist ein Zeichen für den Nichtsynchrorystand. Der "O"-Ausgang ist mit einem Verstärker 44 ver-

* bunden, der eine Anzeigelampe 46 für den Nichtsynchronzustand aufleuchten läßt. Der gleiche Ausgang des Flip-Flops 42 ist auch mit einem Eingang des Und-Gatters 48 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines weiteren Und-Gatters 50 verbunden ist. Die vier Eingänge des Und-Gatters 50 sind mit den "1"-Ausgängen der Stufen 3, 4, 5 und 6 des Teilers 12 verbunden. Sind die Stufen 3, 4, 5 und 6 im Zustand ¹M'', was dem Zählerstand 60 entspricht, so gibt das Und-Gatter 50 ein Ausgangssignal ab, das wegen des gleichzeitigen Vorhandenseins des Signals am "0"-Ausgang des Flip-Flops 42 durch das Und-Gatter 48 gelangt. Das Signal vom Und-Gatter 48 gelangt durch das Oder-Gatter 52 und über den Kondensator 54 an die Rückstelleingänge der Stufen 1, 2 und 3 des Teilers 12. Alle Stufen des Teilers werden dadurch auf "0" gestellt,und der Teiler 12 teilt bei dieser Betriebsweise statt durch den Faktor 64 durch den Faktor 61 und liefert an den Motor 16 eine Frequenz von etwa 63 Hz.

Innerhalb von weniger als 7 Sekunden bewirkt der jetzt mit 5 #

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größerer Geschwindigkeit laufende Motor 16, daß die Trommel 20 das ankommende Synchronisierungssignal einholt, so daß eine Übereinstimmung des Synchronisierungssignals mit dem normalerweise geöffneten Kontakt 29 des Schalters 28 statt mit dem normalerweise geschlossenen Kontakt 27 eintritt. Diese Übereinstimmung wird vom Und-Gatter 36 ausgewertet, wodurch das Flip-Flop 42 in den ¹M"-Zustand zurückgestellt wird. Ist das Flip-Flop 42 im "1"-Zustand, so wird die Anzeigelampe 46 gelöscht, und die Ausgangsimpulse des Und-Gatters 50 können nicht mehr durch das Und-Gatter 48 gelangen, wodurch das normale Teilerverhältnis von 64 des Teilers 12 wieder hergestellt v/ird. Es wird jetzt Koinzidenz zwischen den ankommenden Synchronisierungssignalen und dem "1"-Signal des Flip-Flops 42 im Und-Gatter 56 festgestellt, dessen Ausgangssignal über das Oder-Gatter 52 an die Rückstelleingänge der ersten drei Stufen des Teilers 12 gelangt. Bei dieser Betriebsweise wird der Teiler 12 durch ein eintreffendes Synchronisierungssignal auf Null gestellt. Solange der Zählerstand des Teilers über 56 aber weniger als 7 ist, stellt das eintreffende Synchronisierungssignal alle Stufen des Teilers 12 in den Zustand "0". Auf diese Weise kann die Phasenlage der dem Motor 16 zugeführten Spannung innerhalb 1 Hz des 3840 Hz-Oszillators 10 oder innerhalb I/64 Hz von 60 Hz reguliert werden. Das entspricht einem Stellungsfehler der Trommel 20 von etwa 1/2000°. Irgendwelche nachträglichen Abweichungen des Oszillators 10 von der genauen Phasenbeziehung bezüglich dem eintreffenden Synchronisierungssignal werden auf die gleiche Weise von jedem Synchronisierungssignal korrigiert. Die Abwesenheit eines Synchronisierungssignals bewirkt keine Rückstellung des Flip-Flops in den

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"O"-Zustand, und der Motor 16 arbeitet weiter mit 1/64 der Oszillatorfrequenz bis wieder ein Synchronisierungssignal empfangen wird. Tritt ein großer Synchronisierungsverlust ein, so wird das Flip-Flop 42 in den "O"-Zustand gekippt, und der Motor 16 läuft schneller, und der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Es sind viele Änderungen der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung möglich. Die Anzahl der Stufen oder das Teilerverhältnis des Teilers 12 können ebenso wie die Frequenz des Oszillators 10 und der Motor 16 in weiten Grenzen geändert werden. Diese Änderungen sollten so vorgenommen werden, daß der Teiler 12 die Oszillatorfrequenz auf eine geeignete ganze Zahl teilt, um die gewünschte Arbeitsfrequenz für den Motor 16 zu erhalten. Zur Änderung der Teilerfrequenz des Teilers können auch verschiedene bekannte Rückkopplungs- und Gatterschaltungen verwendet werden. Ebenso kann die A'nzahl der Stufen, denen Rückstellimpulse zugeführt werden, geändert werden, obwohl es erwünscht ist, daß mindestens die erste Stufe oder vorzugsweise die erste und die zweite Stufe zurückgestellt werden. Die Zahnräder 18 sollten so dimensioniert sein, daß sie die Geschwindigkeit des Motors 16 um einen ganzzahligen'Faktor untersetzen, so daß eine eindeutige Beziehung zwischen Y/inkelstellung des Motors und der angetriebenen Einrichtung, beispielsweise ein Mehrfachkommutator usw. anstelle einer Bildtelegrafieaufzeichnungstrommel, gegeben ist. Statt Zahnrädern können Ketten, Zahnriemen o.a. benutzt werden. Die Nockenscheibe 26 und der Schalter 28 können durch andere Anordnungen zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der Stellung

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einer mechanischen Einrichtung ersetzt werden. In der dargestellten Schaltung sind Und- und Oder-Gatter verwendet. Pur den Fachmann ist es auch klar, daß Nänd- und Nor-Gatter oder andere bekannte Logikschaltungen benutzt werden können.

Pig. 2 zeigt eine etwas gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Anordnung abgewandelte Schaltung, die besonders für die Verwendung in einem Sendeempfänger geeignet ist. Die beiden zwei Eingänge aufweisenden Und-Gatter 48 und 56 aus Fig.1 sind durch drei Eingänge aufweisende Und-Gatter 48a und 56a ersetzt. Die dritten Eingänge dieser Gatter sind zusammen über einen Schalter 80 mit der Spannungsquelle 30 verbunden. Der Schalter 80 hat entsprechend dem Betrieb als Sender oder Empfänger zwei Stellungen. In der dargestellten oder Empfängerstellung ist der Schalter 80 geschlossen und führt Spannung von der Spannungsquelle 30 zu den Gattern 48a vind 56a, wodurch diese Gatter in genau derselben V/eise arbeiten, wie die in Pig. 1 gezeigten.

In der Sendestellung des Schalters 80 wird den Gattern 48a und 56a nicht die notwendige Spannung zugeführt, wodurch diese Gatter unwirksam gemacht werden und der Teiler 12 wie ein üblicher durch 64 teilender Frequenzteiler arbeitet. Bei dieser Betriebsweise dreht-€h?eirt-der Motor 16 mit einer dauernd konstanten Geschwindigkeit. In Pig. 2 ist ferner ein drei Eingänge aufweisendes Und-Gatter 82 dargestellt, das Übereinstimmungen der Signale an den ^"-Ausgängen der Stufen 5 und 6 des Teilers und dem Schließen des normalerweise geöffneten Eontaktes 29 des Schalters 28 anzeigt.

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Am Ausgang des Gatters 82 tritt einmal während jeder Umdrehung der Trommel 20 ein Impuls von 4,2 msec Länge auf, der sehr genau mit der Stellung der Trommel zusammenhängt. Dieser Impuls dient als Sendersynchronisierungssignal und kann im Oder-Gatter 84 mit geeigneten Bildsignalen oder anderen Informationssignalen zusammengefaßt werden. Das Ausgangssignal dieses Oder-Gatters wird der Senderklemme 86 zugeführt, von wo es zur Klemme 32 der entfernten Einrichtung übertragen wird. Diese auf diese Weise mit der Einrichtung gemäß Fig. 2 synchronisierte Einrichtung kann gleich der " in Fig. 2 sein. Fig. 2 zeigt deutlich, wie die erfindungsgemäße Anordnung ohne aufwendige und unwirtschaftliche Verdopplung in Sender und Empfänger verwendet werden kann.

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Claims

U87816 Patentansprüche

1. Anordnung zum Synchronisieren von motorgetriebenen Geräten mit Hilfe von periodisch eintreffenden Synchronisierungssignalen, dadurch gekennzeichnet, daß ein stabiler Hochfrequenz-Oszillator (10) vorgesehen ist, dessen Frequenz f mit Hilfe einer Teilereinrichtung (12) auf die Frequenz f/u.. geteilt wird, durch die ein Synchronmotor (16) annähernd synchron zu den Synchronisierungssignalen angetrieben wird, daß eine Auswerteeinrichtung (36, 38, 42 in Fig. 1) zur Anzeige von Koinzidenz oder Nichtkoinzidenz der Synchronisierungssignale mit von einer Impulsvorrichtung (26, 27, 28, 29, 30) periodisch erzeugten Impulsen vorgesehen ist und daß bei Nichtkoinzidenz Beeinflussungseinrichtungen (48, 50, 52) für die Teilereinrichtung (12) eine Frequenzteilung auf die sich von der Frequenz f/u.. unterscheidende Frequenz f/up bewirken, wodurch das Gerat in Synchronismus mit den Synchronisierungssignalen gebracht wird, während bei Koinzidenz die Teilereinrichtung (12) auf die Frequenz f/u. teilt und die Synchronisierungssignale der Teilereinrichtung (12) zugeführt werden, wodurch diese jeweils zurückgestellt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilereinrichtung ein mehrstufiger Frequenzteiler (12) ist, dessen erste Stufe bei Koinzidenz jeweils von den Synchronisierungssignalen zurückgestellt wird.

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3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 zur Verwendung in einer Sender- und Empfängereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (80 in Fig. 2) vorgesehen ist, die einen Sendezustand und einen Empfangszustand hat, daß im Sendezustand bei Koinzidenz eines Impulses mit dem Ausgangssignal mindestens der letzten Stufe (6) der Teilereinrichtung (12) ein Synchronisierungssignal nach außen abgegeben wird und daß im Empfangszustand eine Beeinflussung der Frequenzteilung durch die Teilereinrichtung (12) in Abhängigkeit von Koinzidenz oder Nichtkoinzidenz der Synchronisierungssignale mit den Impulsen erfolgt.

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