DE1900840C3 - Überwachungs- und Steuerungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein von einem Digitalrechner >erwachtes System zur Überwachung und Steuerung ner Mehrzahl separater Variabler, wobei jeder ariablen eine individuelle Meßeinrichtung und jeder leßeinrichtung eine Codiereinrichtung zugeordnet ist, eiche die zugeordnete Variable repräsentierende ingangssignale für den Rechner liefert.

Bei einem bekamiieii, in einem Prozeßrechner :rwendeten System dieser Art (Elektronische Rund- ;hau, Nr. 1/1963, Seite 17-20) gelangen die analogen leßsignale einzeln und zeitlich nacheinander über eine Abfrageeinrichtung zu einem Aiming I)i|>iiai-Umsetzer, der sie in entsprechende diiiilr /nlilctiwcric umwandelt, aufgrund deren der Digita'n-ihnrr die Steuersignale berechnet. Nachteilig ist hierbei, dall die die Meliwerte repräsentierenden, codierten Zahleiiwcrlc nicht ständig zur Verfugung stehen, eine Abtragung also nicht zu jedem beliebigen Zeitpunkt möglich ist, Weiterhin ist eine Abfragung eines Meßwertes dann ebenfalls nicht möglich, wenn das Ausgangssignal der Meßeinrichtung

ίο sich gerade ändert, weil während eines Übergangszustandes des Meßwertes die in einem Binärcode wiedergegebene Ausgangsgröße des Analog-Digital-Umsetzers dabei Werte durchläuft, welche in keinem definierten Zusammenhang mil der analogen Eingangsgröße stehen. Die Zugriffszeit zu einem bestimmten Meßwert wird also nicht nur dadurch vergrößert, daß nicht alle Meßwerte gleichzeitig zur Verfugung stehen, sondern dann, wenn der Meßwert sich gerade ändert, auch dadurch, daß der Abfragevorgang erst dann erfolgen kann, wenn die Änderung beendet ist.

Mit denselben Nachteilen ist ein anderer bekannter Prozeßrechner behaftet (US-PS 32 67 434), da er mit einer einzigen, programmgesteuerten Signalumsetzereinrichtung arbeitet, welche entsprechend dem vorge-

gebenen Programm nacheinander mit den einzelnen Meßeinrichtungen und den aufgrund der abgefragten Meßwerte zu steuernden Einrichtungen verbunden wird und dabei das analoge Signal der augenblicklich angeschlossenen Meßeinrichtung in eine digitale, im

Binärcode wiedergegebene Größe umwandelt, diese Größe dem Rechner zur Verfügung stellt, das vom Rechner ermittelte, digitale Steuersignal in ein analoges Steuersignal umwandelt und dieses der zu steuernden Einrichtung zuführt. Da der Rechner nur über den Umsetzer Zugang zu den einzelnen Meßeinrichtungen hat, stehen auch hier die verschiedenen Meßwerte nicht ständig zur Verfugung und die Darstellung der abgefragten Werte im Binärcode verbietet es ebenfalls, eine Abfragung durchzuführen, während der Meßwert

sich ändert. Außerdem wird die Zugriffszeit noch dadurch verlängert, daß vor jeder Umschaltung auf eine andere Meßeinrichtung der Umsetzer zurückgestellt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die aufgrund der Meßwerte erzeugten codierten Werte jederzeit fehlerfrei abgefragt und dem Rechner zugeführt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Codiereinrichtung eine kontinuierlich wirkende, eine ständige Kompensation ergebende Rückkopplung aufweist und aufgrund dieser Rückkopplung ständig die zugeordnete Variable abfragt, daß jeder Codiereinrichtung ein Komparator, der aufgrund des Vergleichs der Eingangsgröße mit dem Rückkopplungssignal ein Komparator-Ausgangssignal erzeugt, ferner ein Zähler, an den die Ausgangsgröße des Komparator als digitale Eingangsgröße angelegt wird und der in einem zyklischen Progressivcode arbeitet, bei dem jede Wertänderung der vom Zähler abgegebenen Ausgangsgröße um eine Einheit eine einzige Wertstellenänderung im Zähler ergibt, sowie ein Umsetzer zugeordnet ist, der den vom Zähler ermittelten Wert in das Rückkopplungssignal umsetzt und dieses an den Komparator

-5 anlegt, und daß eine vom Rechner gesteuerte Gatterschaltung vorgesehen ist, die selektiv zu jedem Zeitpunkt ohne Synchronisation den Inhalt des Zählers wenigstens einer Codiereinrichtung während der

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kontinuierlichen Abfragung der Variablen an den Rechner anzulegen vermag, wobei die Gatterschaltung jedes Zählers mit einer Freigebeeinrichtung verbunden ist. mittels deren der Inhalt des Zählers entsprechend seinem Zustand in dem zyklischen Progrcssivcode dem Rechner zuführbar ist.

Bei einem solchen zyklischen Progressivcode oder zyklischen Binärcode treten keine Undefinierten Übergangszustände auf. Ändert sich während der Abfr jgung der analoge Wert, dann weicht der ermittelte digitale Wert von dem augenblicklichen analogen Wert nicht mehr als um den durch die Diskontinuität des digitalen Wertes bedingten Betrag ab, wie dies auch der Fall ist, wenn der analoge Wert sich in einem stationären Zustand befindet. Dadurch, daß zu jedem Zeitpunkt alle Meßwerte für eine fehlerfreie Abfragung zur Verfugung stehen, wird aber nicht nur die Zugriffszeit und damit die für die Bereitstellung der erforderlichen Steuersignale erforderliche Zeit wesentlich verminder· Vielmehr ist hierdurch auch eine Zusammenarbeit mil dem Digitalrechner unabhängig von der Arbeitsgeschwindigkeit oder von Synchronisationsmerkmalen des Rechners möglich. Diese Kompatibilität ist ebenfalls von großem Vorteil.

Es ist zwar bereits ein Analog-Digital-Umsetzer mit Rückkopplung bekannt (Control Engineers, Handbook, New York, 1958, Seiten 17-77 bis 17-81). Dieser Umsetzer, der einen von einem Motor angetriebenen Stufenschalter aufweist, mittels dessen der analogen Größe entsprechende Bruchteile einer RefereiiKspannung abgegriffen werden, wobei die abgegriffene Spannung zum Eingang eines dem Motor vorgeschalteten Verstärkers zurückgeführt wird, ist aber für das erfindungsgemäße System ungeeignet.

Außerdem ist ein Analog-Digital-Umsetzer bekannt (US-PS 29 86 726), der einen zyklischen Progressivcode benutzt. Dieser Code wird hier aber vorgeschlagen, um bei einem Plattenspeicher ohne Vergrößerung der Platte und ohne Beeinträchtigung der fehlerfreien Lesbarkeit von 16stelligen Zeichen auf 20stellige Zeichen übergehen zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Impulsgenerator vorgesehen, der die Steuereinheit mil Signalimpulsen speist, um die bistabilen Bauelemente und eine Richtungssteuerungseinrichtung mit Signalimpulsen von der Steuereinheit zu speisen.

Ferner ist es vorteilhaft, einen Binärkomparator vorzusehen, der die binärkodierte Ausgangsgröße des Zählers, eine diskontinuierliche Eingangsgröße und ein Aufnahme/Halte-Steuersignal empfängt sowie ein Steuersignal in Abhängigkeit von den empfangenen Binär-Eingangsgrößen an die Steuereinheit liefert.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand verschiedener in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Analog/Digital-Umsetzers,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines Frequenz/Digital-Umsetzers,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer Ergänzungseinheit für diskontinuierliche Eingangsgrößen,

Fig. 4 ein Blockschaltbildeines Ausführungsbeispiels mit einem Digitalrechner und einem Vielfachleiiungssystem.

Der in Fig. 1 dargestellte Analog/Digital-Umsetzer benutzt zum Zwecke des Zählens jene Art des zyklischen Binärcodes oder progressiven Binärcodes, der als Graycode bekannt ist. Andere Arten zyklischer Binärcode könnten mit passend ausgebildeten Zählern zusammen ebenfalls verwendet werden.

Ungleichheit zwischen der analogen Spannung V/und einer Rückkopplungsspannung VFbewirkt Impulse, die längs einer Impulsleitung P in einen Zähler GC gelangen, dessen Ausgangsgröße im zyklischen Binärcode codiert ist. Die Spannungen VF und V/werden in den Zähler über einen Spannungskomparator VC und eine Steuereinheit CfVeingegeben. Letztere wird mittels eines Impulsgenerators PG betrieben. Ein Richtungsstcüerungssignal von einer Richtungssteuerungseinrichtung DC wird ebenfalls in den Zähler GC eingegeben. Die Richtungssteuerungseinrichtung DC empfängt Signale von der Steuerungseinheit CU sowie ein Paritätssignal auf der Paritätsleitung PAR. Dieses Paritätssignal repräsentiert die Parität der Ausgangsgröße im zyklischen Binärcode. Der Rückkopplungskreis ist durch einen Digital/Analog-Umsetzer DAC vervollständigt, der eine Bezugsspannung VR und eine binär codierte Ausgangsgröße aus dem zyklischen Binärcode/Binärcode-Umsetzer CßCempfängt und die Rückkopplungsspannung VF erzeugt. Jeder Eingangsimpuls bewirkt lediglich die Änderung einer einzigen Stelle der codierten Ausgangsgröße des Zählers GC. Eine höhere Zahl von Eingangsimpulsen bewirkt eine progressive Änderung der Ausgangsgröße des Zählers von einer codierten Zahl zur nächsten, ohne daß dabei willkürliche Übergangszustände durchlaufen würden. Sobald Gleichheit zwischen der analogen Eingangsspannung und der Rückkopplungsspannung erreicht ist. bildet der Zähler eine feste, codierte Ausgangsgröße, die der Eingangsspannung entspricht.

Die dem Rechner entnehmbare Ausgangsgröße im zyklischen Binärcode wird im allgemeinen benötigt, um in den für Berechnungszwecke benötigten Binärcode übersetzt zu werden. Dies kann entweder durch regelmäßige Programmierung oder durch Ausrüstung des Rechners mit einer Übersetzungseinrichtung erreicht werden.

Das im Analog/Digital-Umsetzer angewendete Prinzip der kontinuierlichen Rückkopplung kann auch bei der Frequenzmessung zur Kupplung des Rechners mi' solchen Meßwertübertragern Anwendung finden, die Signale mit einer der Meßgröße proportionaler Frequenz erzeugen.

Zu diesem Zwecke wird der Spannungskomparatoi durch einen Frequenzkomparator zusammen mil Mitteln zur Erzeugung einer Rückkopplungsfrequens ersetzt, die proportional ist zu der codierten Ausgangs größe. Hierzu kann ein bekannter Vervielfachei verwendet werden.

Diese Techniken können mit einer neuen Zählerar kombiniert werden, wie sie in dem Analog/Digital-Um setzer Anwendung findet, um die Frequenz-Eingangs signale in den zyklischen Binärcode umzusetzen, wi( dies Fig. 2zeigt.

Die Rückkopplungsfrequenz wird bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig.2 dadurch erzeugt, daß mai ausgewählte Ausgangsimpulse eines binären Teilers BS «Jer von einem Impulsgenerator mit fester Frequenz Fl gespeist wird, mit Ausgangsimpulsen einer Frequenz auswahl-Gattereinheit FGU kombiniert. Die Auswah der Impulse wird durch den Zustand des Zählers G( bestimmt, dessen Ausgangsgröße im zyklischen Binär code codiert ist. Der Inhalt dieses Zählers GC wird s< lange eingestellt, bis die Eingangsfrequenz und dii Rückkopplungsfrequenz gleich sind. In Fig.2 ist dl Eingangsfrequenz mit Fl, die Rückkopplungsfrequen:

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mit FFbezeichnet. Die übrigen Bezugszeichen in F i g. 2 sind dieselben wie in F i g. 1.

Die Ausgangsgröße des Zählers GC wird entweder festgehalten oder in ,einer progressiven Weise geändert und kann deshalb zu jedem beliebigen Zeitpunkt auf Befehl abgefragt werden.

Das Prinzip der Verwendung des zyklischen Binärcodes, um Eingangsgrößen zu erhalten, die durch den Rechner auf Befehl abgefragt werden können, ohne daß die Gefahr von Übergangsfehlern besteht, kann leicht auf alle anderen Formen diskontinuierlicher Eingangsgrößen ausgedehnt werden, die beispielsweise von zyklisch arbeitenden Meßsystemen oder von manuellen Eingabevorrichtungen herrühren. Das Erfordernis ist irgendeine Form einer Ergänzungseinheit, die auf der progressiven Arbeitsweise des Zählers GCbasiert.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Ergänzungseinheit für die Übertragung binärer Daten (in der Form eines Ergänzungskontrollsignals auf der Leitung UDS) von einer diskontinuierlichen Quelle zum Zähler GC unter Verwendung eines binären Komparator BC.

Der binäre Komparator besitzt ein :n Eingabe-Halte-Steuereingang Cl, der gespeist werden muß, um die Datenübertragung zu ermöglichen. Dieser Stcuereingang Cl befähigt den Komparator, zu arbeiten und die Inhalte des Zählers GC entsprechend den Eingangsdaten einzustellen. Immer dann, wenn der Steuercingang nicht gespeist wird, ist der Komparator BC so geschaltet, daß er die Eingangsdaten nicht verarbeitet, so daß der Zähler auf derjenigen Zahl stehenbleibt, die während der letzten gültigen Übertragung gespeichert worden ist.

Die Einrichtungen gemäß den Fig. 1 bis 3 können dazu verwendet werden, die verschiedenen gemessenen Variablen M in parallele Wcrtstcllensignalc im zyklischen Binärcode umzuwandeln. Diese Einrichtungen können durch schallende logische Gatter parallel zu einem gemeinsamen Adressierteil CA und Datenhauptleitungcn DH (Eingang und Ausgang) eines Rechners geschaltet werden. Die schaltenden logischen Gatter bilden die Einrichtungswähler DS und verbinden den Ausgang der zugeordneten Eingangs- oder Ausgangseinrichtung ID bzw. OD mit der Datenhauptlcitung auf Grund des Empfangs einer Adresse auf der Adressenhauptleitung, wie dies F i g. 4 zeigt.

Der Rechner kann deshalb auf Befehl irgendeine dieser Einrichtungen durch Erzeugung der entsprechenden Adresse abfragen, die auf der Adresscnhauptleitung AH weitergcleitei wird. Die Abfragung erfolgt hierbei in derselben Weise, in der interne Speicherstellen des Rechners adressiert und abgefragt werden.

Diese Methode der Kupplung des Rechners mit einer Betriebsanlage mittels nichtsynchroner Datencingabeeinrichtungen überwindet die Synchronisationsprobleme, die den konventionellen Techniken anhaften und ergibt eine flexible Installationstechnik, wobei die Erfordernisse hinsichtlich Bauelementen und Programmierung vereinfacht werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

19 OO 840 Patentansprüche:

1. Von einem Digitalrechner überwachtes System zur Überwachung und Steuerung einer Mehrzahl separater Variabler, wobei jeder Variablen eine individuelle Meßeinrichtung und jeder Meßeinrichtung eine Codiereinrichtung zugeordnet ist, welche die zugeordnete Variable repräsentierende Eingangssignale für den Rechner liefert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Codiereinrichtung (GC) eine kontinuierlich wirkende, eine ständige Kompensation ergebende Rückkopplung aufweist und aufgrund dieser Rückkopplung ständig die zugeordnete Variable abfragt, daß jeder Codiereinrichtung ein Komparator (VC. FC), der aufgrund des Vergleichs der Eingangsgröße (Vl, Fl) mit dem Rückkopplungssignal (VF FV) ein Komparator-AusgangssignaJ (P) erzeugt, ferner ein Zähler (GC). an den die Ausgangsgröße des Komparator als digitale Eingangsgröße angelegt wird und der in einem zyklischen Progressivcode arbeitet, bei dem jede Wertänderung der vom Zähler abgegebenen Ausgangsgröße um eine Einheit eine einzige Wertstellenänderung im Zähler ergibt, sowie ein Umsetzer (GBC, DAC: GBC. FGU; GBC. BC) zugeordnet ist, der den vom Zähler ermittelten Wert in das Rückkopplungssignal umsetzt und dieses an den Komparator anlegt, und daß eine vom Rechner gesteuerte Gatterschaltung (DS) vorgesehen ist, die selektiv zu jedem Zeitpunkt ohne Synchronisation den Inhalt des Zählers wenigstens einer Codiereinrichtung während der kontinuierlichen Abfragung der Variablen an den Rechner anzulegen vermag, wobei die Gatterschaltung jedes Zählers mit einer Freigebeeinrichlung (CA) verbunden ist, mittels deren der Inhalt des Zählers entsprechend seinem Zustand in dem zyklischen Progressivcode dem Rechner zuführbar ist.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulsgenerator (PG). der die Steuereinheit (CU) mit Signalimpulsen speist, um die bistabilen Bauelemente und eine Richtungssteuerungseinrichtung (DC) mit Signalimpulsen von der Steuereinheit (CU)zu speisen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Binärkomparator (BC) vorgesehen ist, der die binär codierte Ausgangsgröße des Zählers, eine diskontinuierliche Eingangsgröße und ein Aufnahme/Halte-Steuersignal (CI) empfängt sowie ein Steuersignal in Abhängigkeit von den empfangenen Binäreingangsgrößen an die Steuereinheit (CU) liefert.