DE1763523A1 - Fernsteuerungs- und Signaluebertragungssystem - Google Patents

Description

Dipl. Ing. R. Meitens

Patentanwalt
FnnkfurVftt, Haue MatoJr. 40-42

Prankfurt am Main, ^den 18. Juni 1968

- H 31 P 94

HONEWELL INC.
2701 Fourth Avenue South
Minneapolis j, Minn., USA

" Fernsteuerungs- und Signalübertragungssystem "

Die Erfindung betrifft Fernsteuerungs- und Signalübertragungssysteme, insbesondere solche, die zur Steuerung und Überwachungvon Anlagen unter Wasser dienen. Die Bezeichnung Anlage wird hier sowohl für ein einzelnes einheitliches Gerät als auch für aus mehreren Einheiten oder Geräten zusammengesetzte Anlagen benutzt, die während des Betriebs einer Steuerung und/oder Überwachung bedürfen. Während das erfindungsgemäße System bei Unterwasseran-Wendungen besonders nützlich ist, so kann es doch auch in anderen Umgebungen eingesetzt werden.

Bei einem Fernsteuerungs- und Signalübertragungssystem mit wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Station, die zur Aussendung und zum Empfang von Signalen auf vorgegebenen Frequenzen über ein Übertragungsmedium eingerichtet sind, besteht die Erfindung darin, daß die erste Station eine Schaltung zur Erzeugung wenigstens eines Kommandosignals für einen Steuervorgang enthält, ferner Mittel zur wahlweisen Auslösung der Aussendung

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dieses Signals zur zweiten Station hin sowie einen Speicher für das ausgesandte Kommandosignal, daß die zweite Station einen Speicher für das empfangene Kammandosignal sowie auf ein gespeichertes Kommandosignal ansprechende einen Steuervorgang auslösende Vorrichtungen enthält, ferner Fühler für mehrere Zustände sowie auf ein gespeichertes Kommandosignal ansprechende, nach dem Steuervorgang ein dem ausgewählten Zustand entsprechendes Signal erzeugende Schaltungen und auf das erzeugte Signal ansprechende Mittel zur Übertragung des dem ausgewählten Zustand entsprechenden Signals über das Übertragungsmedium, daß das übertragene Signal aus ersten und zweiten Schwingungsimpulsen unterschiedlicher Frequenz besteht, deren zeitlicher Abstand durch den jeweils ausgewählten Zustand bestimmt ist, und daß die erste Station ferner eine auf die empfangenen ersten und zweiten Impulse ansprechende Vorrichtung entfällt, welche durch die in der ersten Station gespeicherten Kommandosignale gesteuert den jeweils ausgewählten Zustand anzeigt.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Station ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung und wahlweisen Auslösung der Übertragung und Speicherung wenigstens eines Kommandosignals zur Messung eines Zustandes aufweist, daß in der zweiten Station die auf ein gespeichertes Kommandosignal ansprechenden und ein dem ausgewählten Zustand entsprechendes Signal erzeugenden Schaltungen auf ein solches gespeichertes Kommandosignal zur Zustandsmessung ansprechen und daß das zur

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ersten ,Station .hin ausgesandteü aus ersten und zweiten _ Impulsen bestehende Signal für das ausgewählte Kommandosignal^charakteristisch-ist* --. · ... · · .· -

V/eitere.Ausgestaltungen,der Erfindung sindvin den Unter- ansprüchen: gekennzeichnet. Zur Erläuterung -der Erfindung _t wird im -.-folgender} ai}f die ^fvden Zeichnungen, dargestellt , ten Ausführungsbeispielg Bezvjg genommen. Hierin zeigt

Figur 1 das Blockschaltbild der Bedienungseinheit des Systems,

Figur 2 das Blockschaltbild der.fern zu bedienenden Station und die

Figuren 2 und 4 .,die^SignalfluB- bzvi. Arbeitsdiagrarntne V. der beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten. Stationen,

Das im folgenden beschriebene System dient zur Steüerutig _: und Ijberviachung der verschiedenen Funktionen des. Unter-,: ■ .. wasserteils eines Tiefsee-Ölbohrgestells. Diese Funktionen umfassen u.a. die St©m§r.ung und Überwachung .eines .Ausbruchsschachtes: oder; -röhEes- s.owie die Überwachung der Neigung und der azimutalen Orientierung des ,Gestells und des rela-v · tiveu Winkels.-einer, als Kugellagerverbindung pder flexible _: . Verbindung ausgebildeten Aufhängung. All di^se Steuer-;und :. Überwachungsfunktionen :werden^durch das erfindungsgemäße . System ausgeübt,; vipl,ch§s zwischer der als erg te Station .iBedienungsstation auf einem- Schif f o4er einer ._: -

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auf der Viasseroberfläche schwimmenden Plattform und einer ' auf dem Unterwassergestell angebrachten zweiten Station eine akustische Signalübertragungslinie vorsieht.. Die Verwendung einer akustischen Verbindung macht eine physikalische elektrische Verbindung zwischen der Bedienungsstation' und der Unterwasserstation überflüssig. Die Unterwasserstation enthält als Stromquelle eine Batterie. Im normalen Betrieb werden in der Bedienungsstation Kommandosignale entweder automatisch oder von Hand erzeugt, kodiert und dann akustisch zur Unterwasserstation hin übertragen. Diese empfängt und dekodiert diese Kommandosignale., führt die entsprechenden Steuer- und Überwachungsfunktionen aus, erzeugt, und kodiert ein für den Betrag eines bestimmten Zustandes kennzeichnen-des Antwortsignal und überträgt dies akustisch zurück zur Überwasserstation. Dort wird es empfangen,, dekodiert und angezeigt. Es sei noch bemerkt, daß die.in den Figuren 1 und 2 dargestellten Schaltungen nur als Ausführungsbeispiele _; dienen sollen und das System auch mit anderen Schaltungen betrieben werden kann.

Figur 1 zeigt das Blockschaltbild der Überwasserstation. Mit Hilfe des Bedienungsfeldes 10 kann eine Bedienungsperson Kommandosignale erzeugen. Das Bedienungsfeld 10 ist über eine Leitung 12 mit einer Steuerlogik 14 ver-,.-; bunden. Der Einfachheitjhalber sind alle Verbindüngsleit.ungen > in den Figuren 1 und 2 einadrig dargestellt, obwohl diese Verbindungen, selbstverständlich.mehrere oder gar eine Viel_T_-.

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zahl von Einzelleitungen umfassen können. Das Bedienungsfeld 10 ist ferner über die Leitung l6 mit der Anzeigematrix 1 8 verbunden. Auch von einem automatischen Punktionsgenerator 20 werden Kommandosignale erzeugt, die über die Leitung 22 zur Steuerlogik lh und über die Leitung 24 zur Anzeigematrix 18 gelangen. Der Punktionsgenerator 20 erzeugt nach einem festen Zeitprogramm Kommandosignale, welche die fortlaufende Überwachung der verschiedenen Punktionen des Gerätes oder Gestells auslösen, auf dem die im einzelnen in Figur 2 dargestellte Unterwasserstation angeordnet ist. Die Kommandosignale aus dem Bedienungsfeld 10 und dem Generator 20 werden in einer vorgegebenen Weise durch die Steuerlogik 14 in ein Ausgangsschieberegister 26 überführt, wo sie vor der Weitergabe an einen Modulator 28 kodiert werden. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 26 wird von einem Paritätsgenerator 30 überwacht. Das Schieberegister 26 liefert ein ΙΟ-Bit Steuerwort, dem ein Startbit vorangestellt ist. Der Paritätsgenerator 30 fügt als zwölfte Stelle einen Paritäts- bit hinzu. In der speziellen Ausführungsform, läßt der Paritätsgenerator 30 ein 12^Bit-Wort mit ungerader Parität ent- · stehen, d.h. die übertragenen 12-Bit haben immer eine ungerade Anzahl von Einsen.

Das Paritätsbit wird in bekannter Weise zum Schutz gegen Übertragungsfehler benutzt. In der unterwasserstation wird zunächst stets die Parität eines empfangenen Kommandosignals überprüft, bevor es weiterverarbeitet wird. Man

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könnte auch eine gerade Parität verwenden.

Ein Zeitbasisgenerator 32 liefert Trägersignale an den Modulator 28 und Zeitgebersignale an alle anderen Schaltungen der Station,diamine solche Zeitbasis benötigen. Um das Schaltbild möglichst übersichtlich zu halten, sind in Figur 1 nicht alle der hierfür benötigten Leitungsverbindungen eingezeichnet. Das Ausgangsschieberegister 2β fügt zu dem 10-Bit-Steuerwort ein Startbit hinzu, bevor das Signal in den Modulator 28 übertragen wird. Das Modulatorausgangssignäl wird über ein Tiefpaßfilter 34 und einen Leistungsverstärker 36 einem Sende-Empfangs-Umschalter 38 zugeleitet. In der Sendestellung gibt der Schalter 38 das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 36 an den elektroakustischen Wandler 40 weiter. In der Empfangsstellung läßt der Umschalter 38 die Ausgangssignale des Wandlers 4θ über einen Vorverstärker 42 zu zwei Bandfiltern 44 und 46 gelangen. Im vorliegenden Fall besteht das em pfangene Signal aus zwei 11,6 ms-Impulsen,- von denen der eine eine Frequenz von 43,95 kHz und der andere eine Frequenz von 41,65 kHz hat. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Impulsen zeigt den gegenwärtigen Zustand der abgefragfcij» oder gesteuerten Funktion, wie er von der Unterwasserstation gemessen wurde.

Ss ist su bemerken, daß der Modulator 28 eine einfache Schaltung ist, die nur einen Ein-Aus-Schalter darstellt [

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und jeweils für jede Eins im Codewort einen kontinuierlichen Trägerimpuls erzeugt. Das Modulatorausgangssignal enthält einen 2,91 ms.-Impuls einer Rechteck-Trägerschwingung von.¹0,95 WIz für jede Eins im zu übertragenen Wort und eine 2,91 ms dauernde Pause für jede Null im zu übertragenden V/ort.

Die Mittenfrequenz des Filters 44 entspricht der einen der.beiden Empfangsfrequenzen, so daß am Ausgang dieses Filters Impulse dieser speziellen Frequenz auftreten, wenn ein Impuls empfangen wird. Dieses Ausgangssignal wird nacheinander über einen Verstärker 48 einem AM-Detektor 50 sowie eine Schwellwertschaltung 52 einer Datensynchronisierschaltung 54- zugeleitet. Die Mittenfrequenz des anderen Filters 46 entspricht der anderen der beiden Empfangsfrequenzen, und das Ausgangssignal dieses Filters wird über einen Verstärker 56*einen AM-Detektor 58 und eine Schwellwertschaltung 60 ebenfalls der Datensynchronisierschaltung 54 zugeleitet.

Die Impulsgleichrichtung erfolgt in den beiden Detektoren 50 und 58 mit Hilfe eines einfachen Dioden-Hüllkurven-Gleichrichters mit nachgeschaltetem. RC-Tiefpaßfilter» Die gleichgerichteten Impulse werden bis zum Erreichen eines bestimmten Spannungssclwellwertes integriert, wodurch dann ein regenerierter Empfangsimpuls gebildet wird. Die Datensynehronisierschaltung 54 vergleicht die Ausgangssignale der

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beiden Schwellviertschaltungen 52 und 60 mit den Zeitgeberimpulsen aus dem Zeitbasisgenerator ;52 und bildet hieraus Impulspaare, in denen der Abstand der Einzelimpulse für . die von der Unterwasserstation aufgenommenen baten kennzeichnend ist. Die Impulspaare werden einem Impulsbreitenmodulator 62 zugeleitet, der aus jedem Impulspaar einen Einzelimpuls mit einer dem Abstand der beiden Impulse entsprechenden Impulsdauer ableitet. Das Ausgangssignal des Modulators 62 wird einem Meßzähler 64 zugeführt und dort

ein
in/Binär kodiertes Dezimalsignal umgewandelt, welches die empfangene Nachricht kennzeichnet. Dieses Signal gelangt dann zur Anzeigematrix 18. Diese empfängt ferner die ursprünglichen Kommandosignale entweder vom Bedienungsfeld 10 oder vom Punktionsgenerator 20 und leitet die empfangenen Daten zu dem zugeordneten Anzeige- oder Ausgabegerät einer Anzeigetafel 66. Die empfangenen Signale können einer Ja/ Nein-Entscheidung entsprechen, wie "Ventil offen / Ventil geschlossen" oder "Alarm / Kein Alarm",aber können stattdessen auch analoge Werte sein, beispielsweise eine Druckanzeige oder eine Neigungsmessung. Im Falle einer binären Anzeige kann diese einfach durch Lichtsignale erfolgen, während analoge Werte mit Hilfe von Ziffernanzeigerohren oder ähnlichen numerischen Anzeigevorrichtungen wiedergegeben werden können.

Die Unterwasserstation enthält, wie Figur 2 zeigt, ebenfalls einen elektroakustischen Wandler 70, der vom gleichen

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.Aufbau sein kann-wie der elektroakustische Wandler 40 der Überwasserstation. Er dient ebenso zur Aufnahme und · Aussendung akustischer Signale. Stattdessen können für Empfang und Aussendung auch getrennte Wandler vorgesehen sein. Die vom Wandler 70 aufgenommenen Signale werden über den Sende-Empfangs-Schalter 72 einem Vorverstärker 74 zugeleitet und gelangen von dort nacheinen ander über ein B-indpaßfilter 76, eir/Verstärker 78 und einen AM-Detektor 80 zu einer Schwellwertschaltung 82. Deren Ausgangssignal wird einem Start-Stop-Oszillator 84, einem EingangsschieberegisteT 86 und einer Paritätsprüfschaltung 38 zugeleitet. Der Oszillator 84 ist an einen zweiten Eingang des Schieberegisters 86 angeschlossen. Die Ausgänge des Schieberegisters 86 und der Paritätsprüfsschaltung 88 sind an eine Steuerlogik 90 angeschlossen. Das Startbit eines jeden empfangenen Wortes setzt nach Einschaltung der Schwellwertschaltung 82 den Oszillator 84 in Betrieb. Dieser nimmt die Datenbits desselben Wortes auf und überträgt sie in das Schieberegister 86.

Das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung 82 wird ferner der Paritätsprüfschaltung 88 zugeleitet, in welcher die Anzahl der Einsen in jedem empfangenen 12-Blt-Wort gezählt wird. Ist die Anzahl ungerade, die Paritätsprüfung also erfolgreich, so v/ird das durch das Datenwort dargestellte Kommandosignal weiter verarbeitet. Andernfalls bleibt das empfangene Kommandosignal unbeantwortet. Empfängt die

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Überwasserstation innerhalb einer vorgegebenen Zeit keine Antwort von der Unterwasserstation, so zeigt sie einen Fehler an.

Die Steuerlogik 90 der Unterwasserstation hat mehrere Ausgänge. Ein erster Ausgang 92 ist an eine Stromversorgungseinrichtung 94 angeschlossen, während ein zv/eiter Ausgang 96 mit dem Eingang eines Zeitgeberzählers 98 und mit dem Eingang 100 eines Pulsgenerators 102 verbunden ist. Der dritte Ausgang 104 der Steuerlogik 90 ist an den Eingang I06 einer Antwortdatenauswahlmatrix I08 angeschlossen. Schließlich ist ein weiterer Ausgang 110 der Steuerlogik 100 mit dem Eingang einer Steuerfunktion-Auswahlmatrix 112 verbunden. Diese Matrix liefert Signale an einen Druckregler 114 und an eine binäre Betriebssteuervorrichtung II6,. z.B. einen binär gesteuerten Schrittregler.

Eine Vielzahl von Zustandefühlern, wie ein Neigungsfühler II8, ein Azimuthfühler 120, ein Druckfühler 122, ein Alarm-

126 fühler 124 und ein binärer Fühler/für den Betriebszustand, sind mit· ihren Ausgängen an die Matrix I08 angeschlossen. Wenn die Paritätsprüfschaltung "88 die Richtigkeit eines Kommandos festgestellt hat und das Kommando einen Steuervorgang betrifft, wählt die Matrix 112 den betreffenden Druckregler oder die binäre Steuervorrichtung aus und wird dem betreffenden Hegler 114 oder II6 zugeleitet. In jedem Falle wird dem ausgewählten Ventil oder Regler ein

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Hochieistungs-GlGichstromimpuls geeigneter Polarität zugeführt. Nach einer Zeitverzögerung, welche ausreicht um die durch das Kommandosignal angeforderten Punktionen auszuführen, wird von der Matrix 108 ein geeigneter Fühler ausgewählt und eingeschaltet. Wurde beispielsweise der Druckregler eingeschaltet, so würde nunmehr der Druokfühler 22 ausgewählt und zur Abgabe eines Signals veranlaßt. Fordert andererseits das Kommandosignal lediglich eine Anzeige des gegenwärtigen Azimuth, der Neigung oder eines Alarms an, so läuft dieses unmittelbar in die Antwortdatenauswahl- " matrix 108, ohne eine Steuerfunktion auszuüben. Die Steuerlogik 90 steuert alle Funktionen mit Hilfe seiner Logikschaltung. Unabhängig von der Art der von den verschiedenen Zustandsfühlern II8 bis 126 angeforderderten Meßwerte, ist das Ausgangssignal mirfe der Matrix IO8 eine analoge Spannung. Wenn die Antwortgröße mir den Zustand eines Ventils oder einer Alarmvorrichtung wiedergeben soll, so nimmt die Spannung einen von zwei möglichen Werten an. Ist die Meßgröße hingegen eine Neigung, eine Richtung oder ein Drucksignal, so M ist die Spannung am Ausgang der Matrix I08 dem entsprechenden Meßwert proportional.

Sobald ein Meßwert zur Übertragung bereitsteht, läßt ein Signal der Steuerlogik 90 den Impulsgenerator 102 einen 11,6 ms-Impuls erzeugen, der als Ausgangssignal über einen Modulator 128, ein Tiefpaßfilter lj50 und einen Leistungsverstärker 132 über den Sende-Empfangs-Umsehalter 72 zum

gelangt

Wandler 70^ Außerdem setzt die Steuerlogik 90 den Zeit-

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geberzähler 98 in Betrieb, der mit einer Geschwindigkeit von 86 Schritten pro Sekunde zählt. Es ist ein einfacher 8-Bit-Binärzähler, dessen Ausgangssignal mit Hilfe eines Digital-Analog-Umsetzers 1J54 in eine Analogspannung umgewandelt wird. Das Ausgangssignal des Umsetzers IJk steuert eine analoge Vergleichsschaltung Ij56, welche ein vorn D/A-Umsetzer IJk erhaltenes Eingangssignal mit einen aus der Matrix I08 empfangenen Eingangssignal vergleicht und ein Ausgangssignal an den Impulsgenerator 102 liefert, sobald die beiden genannten Eingangssignale gleich sind. Anstelle gleich zu sein, können bei einer anderen Ausführungsform die beiden Eingangssignale auch in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, wenn dem Impulsgenerator 102 ein Eingangssignal zugeleitet wird. Dieses Eingangssignal bewirkt, daß der Generator 102 einen zweiten 11,6 ms-Impuls liefert, der zum YJandler 70 weitergeleitet wird. Das gesamte Ausgangssignal des linpulsgenerators 102 als Antwort auf ein Kommandosignal umfaßt also zwei 11,6 ms-Impulse, deren Abstand voneinander der Größe des analogen Meßsignals vom betreffenden Zustandsfühler proportional ist. Ein Zeitgeber I38 liefert Eingangsimpulse an den Impulsgenerator 102, den Zähler 98 sowie an den Modulator 128. Er erzeugt u.a. auch zwei unterschiedliche Trägerfrequenzen und ist derart eingerichtet, daß jedes ausgesandte Impulspaar einen ersten Impuls mit einer Trägerfrequenz von 4^,95 kHz und einen zweiten Impuls pit einer Trägerfrequenz von 4l,65 kHz enthält.

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'Da die Unterwasserstatipn normalerweise aus einer Batterie gespeist werden muß, ist die Einsparung von Leistung sehr Wichtig. Die Stromversorgung 9^ speist deshalb jeweils nur diejenigen Stromkreise, die zu einer bestimmten Zeit benötigt werden. Im Wartezustand der Unterwasserstation, d.h. ■wenn.diese auf den Eingang eines Kommandosignals wartet, erhalten nur die Empfängerkreise und ein paar ausgewählte Logikschaltungen Strom von der Batterie. Wenn jedoch ein Kommandosignal empfangen und festgestellt worden ist, wird nunmehr auch den meisten Teilen der übrigen Schaltung Strom zugeführt, mit Ausnahme, daß die Hochleistungsgleichspannung für den Betrieb der Ventile und Druckregler nur denjenigen Druckreglern Il4 und BetriebssteuerVorrichtüngen 116 zugeleitet wird, die aufgrund des dekodierten Kommandosignals eine solche Energieversorgung benötigen. :

Das bereits bei der Beschreibung von Figur 1 erwähnte Bedienungsfeld 10 enthält mehrere Druckknopfschalter. Wo bi- ' näre Sehaltfunktionen vorliegen, ist ein Schalter zum Öffnen und einer zum Schließen vorgesehen. Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und Fehler zu vermeiden,, kann ein zweiter Druckknopf vorgesehen sein, um die ausgewählte Binärfunktion besonders einzuschalten. Auf diese Weise muß die Bedienungsperson einerseits die gewünschte Funktion auswählen und andererseits einen Einschaltdruckkriopf, also gleichzeitig

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zwei Druckknöpfe, betätigen, wodurch die Möglichkeit von Fehlbed!enungen verringert wird. Ein weiterer Druckknopf

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auf dem Bedienungsfeld 10 erlaubt die Abfrage einer ausgewählten Binärfunktion ohne irgendeine Änderung der aus-■* ■ gewählten binären Steuergröße auszulösen.

Weitere Druckknöpfe auf dem Bed!enungsfeld umfassen eine Dreiergruppe für Druckerhöhung, Drucksenkung oder Druckablesung. Diese steuern und überwachen das druckgesteuerte Ventil. Ein weiterer Druckknopf dient zur Rückstellung des Steuersystems nach Feststellung eines Fehlers und ein anderer kann zur Rückstellung der gesamten Anzeigevorrichtung dienen.. Selbstverständlich brauchen nicht in jedem System alle diese Druckknöpfe vorhanden zu sein. Der automatische Funktionsgenerator 20 übt eine ähnliche Funktion aus wie das Bedienungsfeld 10 mit dem Unterschied, daß seine Signale automatisch in einem Einminutenzyklus auftreten. Jedes Mal, wenn nach einer Minute ein Impuls vom Zeitgeber J>2 eingeht, löst der Funktionsgenerator 20 sein erstes Kommando aus. Sobald die Antwort auf das Kommando empfangen worden ist, setzt er sein zweites Kommando ab und nach Eingang der hierzu gehörigen Antwort das dritte usw*

Figur J5 zeigt in Form eines Signalflußdiagramms den Betriebsablauf in der Überwasserstation* Der Vorgang beginnt mit der logischen Funktion 150, weich,© eine; Prüfung darstellt, ob irgendeiner; der Schalter für Druckerhöhung, Druckverringerung oder Druckanzeige betätigt ist. Ist dies der , so bewirkt die Funktion 3.52 die Kodierung und Aus-

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Sendung des Kornmandosignals für die Druckvergrößerung, Druckverringerung oder Druckanzeige. Ist die Antwort auf die Funktion I50 ¹¹NeIn", so stellt die Punktion 154 fest, ob entweder der Ventilbetätigung^- oder der Ventil-Stellungsanzeigeschalter gedrückt ist. Ist dies der Fall, so gewährleistet die Funktion I56, daß ein Öffnungs-, Schließ- oder Anzeigesignal kodiert und ausgesandt wird. Ist jedoch die Antwort der Funktion 154 "Nein", so stellt die Punktion 158 das Abfragen eines Einminutenzeitgebers dar, welcher die Auslösung von Gruppen von jeweils drei automatisch erzeugten Kommandosignalen steuert. Wenn auf diese Anfrage festgestellt wird., daß automatische Kommandosignale nicht fällig sind, so kehrt die Folge zum Ausgangspunkt des Programms, d.h. zur Funktion 150 zurück. 1st jedoch der Beginn der automatischen Kommandosignale fällig, so v;ird eine automatische Kommandos ignalzähl 7 funktion I60 eingeleitet. So lange bis das dritte jeder Gruppe von drei automatischen Kommandosignalen übertragen worden ist, gewährleistet die Funktion I60, daß die Funktion I62 anschließend das erste oder nächste automatische Kommandosignal kodiert und übertragen wird. Bei der Übertragung des dritten automatischen Kommandosignals gibt die Funktion I60 die Antwort "Ja" ab, wodurch die Anordnung zum Ausgängspunkt 150 zurückkehrt. <

Beim Abschluß jeder der übertrsgungsfunktionen 153, 156 oder 162 wartet eine logische Folge auf die Feststellung eines Startimpulses durch ien Empfänger. Dies wird durch die

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Funktion 164 dargestellt, die sich selbst wiederholt bis die Antviort "Ja" eingeht. Sobald dies geschieht und damit angezeigt wird, daß eine Antwort von der Unterwasserstation eingegangen ist, wird die Funktion 166 in Betrieb gesetzt und läßt den Meßzähler anlaufen. Eine Logikschaltung achtet dann auf einen Stopimpuls, dargestellt durch die Funktion 168. Sobald dieser empfangen wird, löst das Ausgangssignal "Ja" der Funktion 168 die Funktion 170 aus, durch die der Inhalt des Meßzählers in einen ausgewählten Anzeigespeicher übertragen wird. Die Folge kehrt dann zu ihrer Ausgangsposition 150 zurück.

Figur 4 zeigt den Programmablauf in der Unterwasserstation gemäß Figur 2. Die Steuerlogik 90 erwartet zunächst einen Startimpuls vom Empfänger. Der Beginn der Folge ist also der Startimpuls entsprechend der Funktion 200. Sobald ein solcher Impuls festgestellt wird, und die Funktion 200 mit "Ja" antwortet, wird die funktion 202 eingeleitet und das empfangene Datenwort wird in das Schieberegister 86 übertragen. Anschließend bewirkt die Funktion 204 die erforderliche Paritätsprüfung. Fällt die Paritätsprüfung negativ aus, so zeigt die Funktion 205 einen Fehler an und das Kommandosignal wird nicht verarbeitet.. Ist jedoch die Paritätsprüfung erfolgreich, so bewliflct das Ausgangssignal der Paritätsprüfung eine weitere Funktion 206, nämlich die Einschaltung der Hilfsenergie. Sobald dies erfolgt ist, verhindert eine 5 ms-Vef^Bgerungsfunktion 208 einen weiteren

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Fortgang bis zum Ablauf einer Zeitspanne von 5 ms. Nachdem wird das empfangene Wort der ersten Prüf funktion 210 unter·: worfen., um festzustellen, ob es ein Azimuth-Kommandosignal ist; Ergibt diese Prüfung die Antwort "Ja", so schaltet die Funktion 212 die Energie für eine entsprechende Drehbewegung ein. Ist die Antwort hingegen "Nein", so wird das empfangene Wort einer weiteren Prüffunktion 214 unterworfen um festzustellen, ob es ein Druckänderungskommando ist. Trifft dies zu, so wird eine Steuerfunktion 216 zur Druckänderung aus- .* gelöst, an welche sich durch eine Punktion 218 e^ne Verzögerung von einer 1/2 Sek. anschließt, Is*t die Antwort der Punktion 2lh "Nein", so wird das empfangene Wart einer weiteren PrUfuhg 220 zugeführt um festzustellen! ob es ein Druckanzöigesigrial ist. Wird dies verneint, so gelangt das Wort zu einer weiteren Prüffunktion 222 um festzustellen, ob es ein binäres Steuersignal ist. Ist dies der Fall, so wird von einer Funktion 226 die zugehörige binäre Steuerfunktion ausgewählt, auf welche J folgend die Funktion 228 bestimmt, oh das Kommandosignal einjer Änderung der Funktion erfordert oder nicht. Ist eine Änderung erforderlich, so setzt die Funktion: 230 die ausgewählte Steuervorrichtung in Gang, Hieran schließt sich eine Warfcuzeit von 2,5 Sek. an, welche durch die Funktion 2j$2 darge~ stellt ist. Ist die Antwort auf die! Funktion 222 "Nein", so' wird das übertragene Wort einer Endprüfung durch die Funkfcicjn ! 224 unterworfen um festzustellen, ob es ein Alarm- oder eirf \ : Neigungsanzeigekommando ist. Ist die Antwort der Funktion 22,4 ; "Nein", so wird die Funktion 205 in Oang gesetzt und ein Λ

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Fehler angezeigt, weil das empfangene Kommando bei keiner der Prüf vorgänge zu einer. Antwort "Ja" geführt hat. V/enn ^ jals Ergebnis der genannten Folge irgendeine der Funktionen \ 212,,218, 280, 224 oder 232 die Antwort "Ja" gibt, muß eine Antwort zur Oberwasserstation zurückgesandt werden. Solch eine Antwort "Ja" setsst eine Funktionsfolge 234, 2j56, 238, 240, 242 und 244 in Öatig, durch welche der geeignete Zustandefühler ausgewählt wird (Funktion 234) und ein Startimpuls übertragen wird (Funktion 236),um den Zeitgeberzähler einzuschalten. Bine analoge Vergleichssohaltung (Funktion 24o) vergleicht dann das Ausgangssignal des Zeitgeberzählers mit dem des Zustandefühlers und löst bei Gleichheit einen : Stopimpüls (Funktion 242) aus* Nach Übertragung des Stopimpulses wird duroh die Funktion 244 die Hilfsenergie abgeschaltet und die Steuerlogik kehrt zur Ausgangsfunktion 200 Zurück und wartet auf den nächsten Startimpuls.

Wie¹ bereits erwähnt können die in den einzelnen Blöcken der Blockschaltbilder nach den Figuren 1 und 2 enthaltenen Schal*

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tungen auf verschiedene Welae realisiert werden. Im folgen-

den sollen einige typische Ausführung«formen beschrieben

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werden. In der Uberwaaserstation i»t daö Schieberegister 26 eitf einfaches aus elf Flip-Flop-Stufen register, während der Pa*»itätsgenerator

estehendes Schiebe-30 ein einzelner

Flip-Flop ist, weloher jeweils seinen Schaltzustand ändert, sobald das Ausgangssignal Eins am Ausgang des Schieberegisters S6 erscheint. Dieser Flip-Flop beginnt jeweils in einer Bezugsstellung und naoh Ausgabe dee elften Bits aus dem Register

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26 wird der Inhalt' des Paritätsgenerators einfach dem übertragenen Codewort als zwölftes Bit angehängt. Der Modulator 28 ist ein einfaches logisches Gatter, das die Trägerschwingungen hindurchläßt, wenn an seinem Eingang ein Signal Eins steht und die Trägerschwingungen sperrt, wenn das Eingangssignal Null ist. Das Tiefpaßfilter Jh ist vorzugsweise ein passives RC-Netzwerk, während der Leistungsverstärker J>6 ein üblicher Klasse B Gegentaktverstärker sein kann.

Der Sendeempfangsumschalter J8 enthält zwei in Gegenrichtung hintereinander geschaltete Dioden in Reihe mit den den Ausgangstransformator des Leistungsverstärkers 36 an den Wandler 40 anschließenden Leitungen. Während der übertragung schalten diese Dioden durch und bilden die Zuführung zum elektroakustischen Wandler. Während des Empfangs ist die empfangene Signalspannung am Wandler nicht hoch genug, um die Dioden leitend werden zu lassen. Das empfangene Signal wird deshalb direkt über den Dioden abgegriffen und dem Vorverstärker 42"zugeführt. Der elektromagnetische Wandler 10 und entsprechend der elektromagnetische Wandler 70 in der ynterwasserstation gemäß Figur 2 kann ein Längsschwinger mit einem Keramikelement aus Bleizirkonat und einem Magnesiumkopf und einem Messingendstück sein.

Der Vorverstärker 42 enthält zwei Spannungsverstärkerstufen, an die sieh eine verstärkurigsgeregelte Stufe anschließt

sind Bowie eine Treiberstufe« Die Bandpaßfilter 44 und 46/LC-Pilter,

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von denen das eine auf die Trägerfrequenz von 4l,65 kHz und das andere auf die Trägerfrequenz 4^5;95 kHz abgestimmt ist. Die Verstärker 48 und 56 sind von konventioneller Bauart. Die AM-Demodulatoren 50 und 58 sind von einem Vollwegtransformator angesteuerte Dioden mit einem RC-Tiefpaßfilter am Ausgang. Die Schwellwertschaltungen 52 und ;60 enthalten einen Differenzverstärker in Rückkopplungsschaltung, an den sich ein Verstärker in Emitterbasisschaltung anschließt.

Die Datensynehronisierschaltung 54 besteht aus einer einfachen Flip-Flop-Schaltungi die den empfangenen Startoder Stopimpuls aufnimmt. Er wird dann mit dem nächsten internen Zeitgeberimpuls des Zeitgebers 52 weitergegeben und auf diese Weise mit dem internen Zeitgebersignal synchronisiert. Der Pulsbreitenmodulator 62 ist ein Flip-Flop, der vom Startimpuls eingestellt und vom Stopimpuls der Synchronisierschaltung zurückgestellt wird. Der Meßzähler 64 enthält drei binär kodierte Dezimalzähler und zwar je einen für jede anzuzeigende Ziffer. Die Anzeigematrix 18 besteht aus logischen Gattern, die ihre Steuersignale entweder vom Bedienungsfeld 10 oder vom automatischen Funktionsgenerator 20 erhalten. Diese Steuersignale werden dekodiert und das Ergenis dient dazu, die Ausgangssignale des Meßzählers zur zugeordneten Anzeigevorrichtung zu leiten. Die Anzeigetafel 66 umfaßt Leuchtanzeigen für den Zustand der Ventile und Satz numerischer Anzeigeröhren für die analogen Funktionen.

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! Der Zeitgeber 32 liefert alle Trägersignale, Zeitgeber-

i. , ■

j signale und Impulszüge für die gesamte Überwasserstation,

["■"'■ Er .enthält einen 87,9 kHz-Kristalloszillator und einen einstufigen Zähler zur Halbierung der Frequenz auf .43*95

. kHz. Dieses Trägerfrequenzsignal wird dann in einem 7-Bitj Binärzähler durch 128 geteilt und ergibt das Zeitgeberj signal von etwa 343Hz, welches für das Schieberegister 26

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benötigt wird. An den 7-Bit-Zähler schließt sich zur Erzeugung des 86 Hz-Zeitgebersignals für die Steuerlogik l4 .ein 2-Bit-Zähler an. Dieses 86 Hz-Signal wird in einem 5-Bit-Zähler durch 32 geteilt und ergibt dann ein 2,7 Hz Zeitgebersignal, welches erneut durch Teilung durch 32 ein Zeitgebersignal von fünf Perioden pro Minute ergibt. Das 2,7 Hz- Zeitgebersignal wird in einem 4-Bit~Zähler durch l6 geteilt, wodurch ein Sechssekundenzeitgebersignal entsteht. Das fünf Impulse pro Minute liefernde Signal wird durch fünf geteilt und ergibt somit einen Zeitgeberimpuls pro Minute. .

In der Unterwasserstation gemäß Figur 2 sind verschiedene

Schaltungen ähnlich und zum Teil gleich Schaltungen der -

j Überwasserstation. Im einzelnen sind der elektroakustisch^

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Wandler 70, der Sendeempfangsschalter 72, der Vorverstärker 74, das Bandpaßfilter 76, der Verstärker 78 und der AM- - Detektor 80 praktisch gleich aufgebaut wie die entsprechenden Schaltungen der Überwasserstation gemäß Figur 1.

Das Eingangsschieberegister enthält zwölf Flip-Flop-Stufen,

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in v?elche das empfangene Steuerwort eingespeichert wird. Die Pafitätsprüfschaltung 88 ist eine Flip-Flop-Schaltung, .* die bei jeder empfangenen Eins umschaltet. Wenn nach Eingang von 12-Bit der" Zustand der Flip-Flop-Schaltung entgegengesetzt dem Anfangszustand ist, so ist die Parität ungerade und es wird kein Fehler angezeigt. Die Steuerfunktionsauswahlmatrix 112 enthält eine Matrix aus logisehen Gattern, welche die Kommandoworte dekodieren und die ausgewählte binäre Bestriebssteuervorrichtung 116 oder .einen Druckregler 114 einschalten. Wird ein Drucksteuersignal dekodiert, so wird der Druckregler 114 eingeschaltet, wobei die Steuersignale zugleich angeben, in welcher Richtung eine Änderung zu erfolgen hat. Der Druckregler enthält mehrere Relais,die zunächst dazu dienen, die Polarität auszuwählen, mit der die Hochleistungs-Gleichstromversorgung 94 eingeschaltet wird. Hierdurch wird die Richtung des Steuervorganges bestimmt. Außerdem wird die Leistungszufuhr w auf einen vorgegebenen Leistungsimpuls begrenzt. Der Betrieb der binären Betriebssteuervorrichtung 116 ist ähnlich mit Ausnahme, daß die Impulsdauer der Gleichstromversorgung langer ist.

Die Antwortdaten-Auswahlmatrix 108 enthält eine Gruppe von Relais, welche den geeigneten Zustandsfühler auswählen und das Ausgangssignal dieses Zustandsfühlers an die analoge Vergleichsschaltung 1^6 legen. Der Aufbau der einzelnen Zustandsfühler 118 bis 1*26 ist für die Erfindung unwesentlich,

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sie müssen nur ein elektrisches Ausgangssignal liefern, welches der Matrix -108 zügeführt wird. Die Steuerlogik 90 ordnet die Folge der einzelnen Abläufe der meisten anderen Schaltungen in ähnlicher V'eise wie die Steuerlogik 14 in der tJberwasserstation. Das Signalflußdiagramirt der Figur 4 zeigt den Betrieb der logischen Schaltungen in der Steuerlogik 90. Der Impulsgenerator 102 ist ein Gatter, welches einen 11,6 ris-Impuls erzeugt. Der Zeitgeberzähler 98 ist ein konventioneller 8-Bit-Binärzähler, der ein aus .-8-Bit bestehendes Binärwort erzeugt und an den D/A-Umsetzer 1"5¹J weitergibt. Dieser Umsetzer enthält acht zweistufige Analoggatter und eine Widcrstandssumtnierschaltung mit acht Eingängen'. Der Ausgang der Summierschaltung ist eine dem binären Zählerstand im Zähler proportionale Analogspannung. Das Ausgangssignal der Addierschaltung wird durch einen Operationsverstärker getrennt. ' ·

Die analoge Vergleichsschaltung I36 enthält zwei Operationsverstärker und einen einstufigen Transistortrennverstärker. Der Operationsverstärker wird als Inverter für das Ausgangssignaldes D/A-Umsetzers lj>k benutzt. Der zweite Operationsverstärker erhält dieses invertierte°Signal und ein. Signal aus der Matrix I08. Er ist mit einer solchen Rückkopplung versehen, daß im Falle, daß das Signal des Inverters niedriger ist als das von der Matrix I08, sein Ausgangssignal auf einen niedrigen Pegel gehalten wird und

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daß im Fall, wenn das inwpfceF&usg&rags signal gleich oder. größer ist als das Matrixsigjial, sein ftiisgangssigital an·» &teIgt* Das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstär~ fcers wird in einem einstyfigen Verstärker galfaniseft getrennt und liefert ein ÄMgang&signal auf einem kompatiblen pegel. Der Modulator 120 ist praktisch gleich aufgebaut wie der Modulator28 in figur Ϊ Mit Ausnahme,, daß er beide träger frequenzen erhält. Die eine ist für den Stariimpuls.und die andere für den Stopiüpialsu Das Tiefpaßfilter IJQ ist ein einfaches BC-Netzwer§£, usd dar lieistungsverstärlier 132 ist wiederum ein konventionelltr Klasse B Gegentaktverstärker.

Die Wirkungsweise des foesehrieb©nen akustischen Systems besteht also darin, daß ©in akustisches Steuersignal zu einer entfernten Station hin ausgesandt und dann die Steuerung von einem ZustandsfÜhler überwacht wird um sicher zu stellen, daß der Steuervorgang in der gewünschten Weise ausgeführt worden ist. Diese Zustandsinformation W wird dann von der fernen Station zurüekübertragen zur

Befehlsstation und zwar mit Hilfe von Impulsen aus zwei unterschiedliehen Frequenzen. Hierdurch vermeidet man Fehler aufgrund von Überlappungen oder Mehrfach>Reflexionen ' litags üntersehiedliöfeei? We^p, Würde m&n nur eine Frequenz benützen, s© könnte ein verzögertes Reflexionssignal oder , ein Echosignal, welches aus dem ersten Impuls des von der

fera«n Station ausgesfenidteii tmpulspaars entstanden ist ' eher en der Be fehiss ta tioft a^ijinnjen als der von der ent-

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fernten Station auf dem direkten Wege ausgesandte zweite Impuls. Dies würde entsprechend dem kürzeren Abstand der beiden empfangenen Impulse eine Anzeige eines kleineren Wertes der Meßgröße zur Folge haben, als er tatsächlich ermittelt wurde. ·

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Claims (1)

1. · Patentansprüche

   1. Pernsteuerungs- und Signalübertragungssystem mit einer ersten und einer zweiten Station, die zur Aussendung und zum Empfang von Signalen auf vorgegebenen Frequenzen über ein Übertragungsmedium eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Station eine Schaltung zur Erzeugung wenigstens eines Kommandosignals für einen Steuervorgang enthält, ferner Mittel zur wahlweisen Auslösung der Aussendung dieses Signals zur zweiten Station hin sowie einen Speicher für das ausgesandte Kommandosignal, da/3 die zweite Station einen Speicher für das empfangene Kommandosignal sowie auf ein gespeichertes Kommandosignal ansprechende, einen Steuervorgang auslösende Vorrichtungen enthält, ferner Fühler für mehrere Zustände sowie auf ein gespeichertes Kommandosignal ansprechende nach dem Steuervorgang ein dem ausgewählten Zustand entsprechendes Signal erzeugende Schaltungen und auf dag erzeugte Signal ansprechende Mittel zur Übertragung <jles dem ausgewählten Zustand entsprechenden. Signale über das Übertragungs^,

   medium, ... : ·

   daß das übertragene Signal aus ersten und zweiten Sehwingüngsimpplsen unfc^rschiediiclier. Frequenz bestefit, deren sei ti icher Abstanddiirqh den M«#wert des jeweils ausgewählten Zustande» bestimmt iet,

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   daß öle erste Station ferner eine auf die empfangenen ersten und zweiten. Impulse ansprechende "Vorrichtung ent-. hält, welche durch die in der ersten Station gespeicherten KommandosignaIe gesteuert den jeweils ausgewähltem Zustand anzeigt.

   2* Eernsteuerungs- und Signalübertragungssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die erste Station ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung und wahlweisen Auslösung der Übertragung und Speicherung wenigstens eines Koinmandosignals zur Messung eines Zustandes aufweist, daß in der zweiten station die auf ein gespeichertes Kommandos! gnal ansprechenden und ein dem ausgewählten Zustand entsprechendes Signal erzeugenden Schaltungen auf ein solches gespeichertes- Kommandosignal zur Zustandsmessung ansprechen., ■

   und daß das zur ersten Station hin ausgesandte aus ersten und zweiten Impulsen bestehende Signal für das ausgewählte Kommandosignal charakteristisch ist.

   3. Pernsteuerungs- und Signalübertragungssystera nach Anspruch· 1 oder Η, d a du rc h g e k « η η ζ e i e h ti e t* daß in der ersten Station der Kommandosignalerzeuger und -sender durch einen Zeitgeber gesteuert automatisch eine vorgegebene Folge von Kommandosignalert erzeugt und aussendet und daß mittels einer handbetätigten Auswahlvorrichtung die Folge unterbrochen werden kann und stattdessen die Erzeugung und

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   Aussendung ausgewählter Kommandosignale auslösbar ist.

   4. Pernsteuerungs·- und Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 · bis J>_s dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Station eine elektrische Stromquelle enthält, welche normalerweise die zum Empfang und zur Speicherung der Kommandosignale benötigten Scha]-tungen speist, und daß eine auf gespeichorte Kommando-

   P signale ansprechende Vorrichtung eine Schaltvorrichtung für die Stromzufuhr zu den übrigen Teilen der zweiten Station steuert.

   5. Pernsteuerungs- und Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommandosignale binäre Digitalsignale sind.

   fe 6. Fernsteuerungs- und Signalübertragungssystem nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die erste Station eine Schaltung zur Erzeugung und Einfügung eines Paritätsbits in das Kommandosignal enthält und in der zweiten Station eine Paritätsprüfschaltung die zweite Station bei fehlender Parität nicht einschaltet.

   7. Pernsteuerungs- und Signalübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e η η-, zeichnet, daß die zweite Station unter V/asser angeordnet ist und die Signalübertragung akustisch durch das Wasser erfolgt.109834/0504

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