DE2109036A1 - Verfahren und Anordnung zur Infomations erfassung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. π:"ΕΤΖ sen.
DIpI-Sn~. K. ;. AV:PASCHT 8I-I6.697P 25.2.1971

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β MQnchen 22, Stoinodorfstr. t§

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

und
THE TOKYO ELECTRIC POWER CO., Tokio (Japan)

Verfahren und Anordnung zur Informationserfassung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Informationserfassung.

Zur elektrischen Fernablesung der Anzeigewerte eines integrierenden Leistungs-, Wasser- oder Gasverbrauchsmessers oder eines Fernsprechgebührenzählers, in dem eine physikalische Größe gemessen., integriert, in eine mechanische Drehbewegung umgesetzt und als Anzeigegröße mit mindestens- zwei Ziffern angezeigt wird, gibt es verschiedene verfahren. Eines dieser Verfahren umfaßt die Erzeugung eines elektrischen Impulses für jede Drehung einer Scheibe, die proportional zur physikalischen Meßgröße rotiert, unö die Integration derartiger Impulse in einem Empfänger, der sich in einer Zentralstation befindet, um die physikalische Größe anzuzeigen. Bei einem anderen Verfahren wird der integrierte Wert einer physikalischen Größe in einem Register gespeichert, das bei jedem Verbraucher vorhanden ist, und automatisch der integrierte Wert nach Aufforderung durch die Empfängerseite gesendet, damit er von der Empfängerseite empfangen wird. Derartige verfahren haben jedoch verschiedene Nachteile, indem sie

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eine aktive Einrichtung wie einen Generator, einen Codierer urici ■ ein Register benötigen, womit jeder Verbraucher ausgerüstet werden muß, was zu hohen Kosten führt und auch Wartungspersonal dafür erfordert.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer solchen Art von Informationserfassung, gemäß der ein Abtastsignal von einem Kippsignalgenerator in der Zentralstation .erzeugt und über Leitungskonzentratoren zu Abtasteinheiten für zugeordnete Poltransformatoren übertragen, in Niederspannungs-Verteilungsleitungen über einen Koppeltr.ansforraator eingespeist und an die jeweiligen Verbraucher übertragen wird. In jeder Verbrauchereinheit ist ein LC-Serienresonanzkreis (Fühleinheit) vorhanden, dessen Resonanzfrequenzband für jeden Verbraucher spezifisch ist und die parallel zur Verteilungsleitung jedesmal geschaltet wird, wenn eine Drehscheibe, die Teil eines integrierenden Leistungsmessers ist, sich um einen vorgegebenen Winkel weitergedreht hat. Auf diese Weise wird der integrierte Wert des Leistungsmessers durch die Schaltwirkung des Resonanzkreises dargestellt. Die Impedanz, die Übertragungscharakteristik oder andere elektrische Kennlinien, die von der Frequenz der Verteilungsleitung abhängen, werden mit Hilfe eines Kippsignalgenerators erfaßt, um aie gemessene physikalische Größe der jeweiligen Verbraucher in der Zentralstation zu erfassen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer derartigen Anordnung die Beeinträchtigung der Linearität des Kippsignalgenerators zu verringern, insbesondere eine Srfassungsanordnung anzugeben, die verhältnismäßig unempfindlich gegen äußeres Rauschen und Pegelschwankungen od. dgl. ist.

Eine Iriformationserfassungsanordnung zum Erfassen der Daten von mehreren Informationsquellen, die auf einer Leitung liegen, unter Verwendung eines Kippsignalgenerators und c.es Schaltens

■:,*,i BAD ORIGINAL

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von Resonanzkreisen, aie den einzelnen Informationsquellen zugeoranet sinu, ist geinä'3 der Erfindung gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit einer ersten Hybridschaltung zur Verbindung des Ausgange des Kippsignalgenerators mit der Leitung über diese Hybridschaltung, Ableitung der reflektierten Vie lie von der Leitung über einen anderen Anschluß aer IIybrlaschaltung und Mischung aer reflektierten VielIe mit uetn Ausgangssignal des Kippsignalgenerators -nach Durchlaufen eines Amplitucienbegrenzers ^ur Erzeugung eines Erfassungsausgarigssignals;

eine Hinrichtung mit einer zweiten Hybridschaltung, aie verhindert, daß Hausehsignale und die reflektierten Vie Ilen von der Leitung in das Ausgangssignal des Kippgenerators eingekoppelt werden; unc

eine Einrichtung zur Ableitung eines Teils des Ausgangssignals oes Kippsignalgenerators zu einer Parallelschaltung von serienresonanzimpedanzen, die bei entsprechenden Abtastfrequenzen Resonanz zeigen, Mischen der von dort reflektierten Welle mit dem Ausgangssignal des Kippsignalgenerators zur Erzeugung eines Abtastimpulses und Abtasten des Erfassungsausgangssignals durch den Abtastimpuls.

Ein Verfahren zur Informationserfassung der Daten von mehreren Informationsquellen, die auf einer Leitung liegen, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Kippsignal an Informationsquellen mit der entsprechenden Resonanzfrequenz gesendet wird, um informationstragende reflektierte Wellen zu erhalten;

daß das Kippsignal und jede der reflektierten Wellen gemischt werden, um ein Erfassungssignal zu erhalten, das die Information in seiner Phase trägt; und

da3 Gatter zum Durchlaß der Erfassungssignale vom Kippsignal und Bezugsresonanzkreisen gesteuert werden.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den grundlegenden Erfindungsgedanken;

Pig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung eines üblichen Verfahrens j

Fig. J5 die Abhängigkeit der Ausgangssignalfrequenz eines Kippsignalgenerators von der Zeit;

Fig. 4 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Informationserfassungsanordnung;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Kippsignalgenerators und eines Abtasters gemäß der Erfindung; und

Fig. 6 das Schaltbild eines Empfängerkreises.

Zunächst soll das Prinzip der erfindungsgemäßen Informationserfassungsanordnung anhand von Fig. 1 erklärt werden. Fig. 1 zeigt Informationserfassungsanschlüsse 1 und l^f, Übertragungsleitungen 2 und 2¹, Induktivitäten L₁, L₀, L-*, ..., Kapazitäten C₁, C₂, Cy ... sowie Schalter S₁, Sg, S,, die entsprechend den Daten der verschiedenen Informationsquellen zu schließen sind. Serienresonanzkreise, die L₁ und C₁, Lp und Cp, L, und C-, usw. umfassen, haben verschiedene Resonanzfrequenzen entsprechend der Identifizierung der verschiedenen Informationsquellen. Unter der Annahme, daß die an den Anschlüssen 1 und 1' festgestellte Impedanz dieser Schaltung Z beträgt, wird Z Null bei der Resonanzfrequenz eines Serienresonanzkreises, wenn dessen Schalter geschlossen wird. Auf diese Weise können Daten der verschiedenen Informationsquellen erfaßt werden, indem die Änderung der . Impedanz Z in Abhängigkeit von der Frequenz überprüft wird.

Eine der einfachsten Möglichkeiten zur Durchführung einer derartigen Überprüfung ist in Fig. 2 abgebildet, wobei zusätzlich ein Kippsignalgenerator 5 zu sehen ist. Falls der Ausgangssig-

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nälpegel des Kippsignalgenerators j3 konstant ist, während die Spannung oder der Strom durch die Anschlüsse 1 und 1' überprüft wird, wobei die Frequenz des Kippsignals gewobbelt wird, zeigt ein Minimum oder Maximum eine Serienresonanzfrequenz an, durch die die geschlossenen Kontakte des Informationsschalters ermittelt werden können. Ein derartiges Informationserfassungsverfahren ist bereits bekannt, so daß nicht näher darauf eingegangen werden soll. Auf jeden Fall wird bei einem derartigen Verfahren Information durch die Änderung in der Amplitude der Spannung an den Erfassungsanschlüssen oder des Stroms durch die Erfassungsanschlüsse erfaßt, so daß das Prinzip das gleiche ist, wie bei der Erfassung einer amplitudenmodulierten Welle. Wenn also ein konstantes oder impulsartiges Rauschen in einer Übertragungsleitung auftritt, kann eine fehlerhafte Informationserfassung die Folge sein. Wenn ferner der Ausgangssignalpegel des Kippsignalgenerators einer Schwankung über den Schwellwertpegel des Amplitudendetektors unter dem Einfluß der Quellenspannung, der Umgebungstemperatur oder einer anderen äußeren Bedingung ausgesetzt wird, kann ähnlich eine fehlerhafte Erfassung stattfinden.

Bei einer derartigen Erfassungsanordnung wird die Frequenz des Ausgangssignals des Kippsignalgenerators normalerweise in Sägezahnform über der Zeit geändert, wie Fig. 3 zu erkennen gibt. Wenn die Zeitabhängigkeit der Frequenz nicht vollständig linear ist, sollte das erfaßte Ergebnis korrigiert werden. Auf diesen Aspekt des Aufbaus und der Herstellung eines Kippgenerators sollte ein besonderes Augenmerk gerichtet werden.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Informationserfassungsanordnung für allgemeine integrierende Leistungsmesser, wobei ein Rechner 11 an eine Zentralstation 12 mit einer Vermittlung, Pufferspeichern usw. über on-line- oder off-line-Vefbindung gekoppelt ist. Ein Leitungskonzentrierer 15

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ist mit der Zentraleinheit 12 über eine Nachrichtenleitung 14 ' und mit mehreren Abtasteinheiten 15 über eine Nachrichtenleitung 16 verbunden. Jede Abtasteinheit ist für jeweils einen Poltransformator (pole transformer) vorgesehen und elektromagnetisch oder elektrostatisch mit einer Niederspannungs-Vertei- lungsleitung 17 in pole-top-Einrichtungen 18 gekoppelt, die sich an Stellen der Niederspannungs-Verteilungsleitung befinden. Von der Niederspannungs-Verteilungsleitung 17 gehen Stich- oder Verlängerungsleitungen 19 zu den einzelnen Verbrauchern für die Zufuhr elektrischer Leistung zu einer Last 20 aus. Ein integrierender Leistungsmesser 21 mißt die verbrauchte elektrische Leistung und schließt Kontakte 25 bei jeder vorgeschriebenen Drehung einer Drehscheibe (nicht gezeigt) des Leistungsmessers, z.B.- bei Verbrauch von jeweils 1 kWh, um eine Fühleinheit 22 an die Stichleitung 19 parallel zur Last 20 anzuschließen. Diese Fühleinheit hat einen Serienresonanzkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität, die auf eine jedem Verbraucher gesondert zugeordnete Frequenz abgestimmt ist. Eine Sperrspule 24 dient zur Verringerung der ImpedanzSchwankung der elektrischen Einrichtungen; ferner sind ein Poltransformator 25 und Hochspannungsübertragungsleitungen 26 vorhanden.

Fig. 5 zeigt eine Abtastschaltung, wie sie in der Abtasteinheit vorhanden ist, und einen Kippsignalgenerator, der sich im Leitungskonzentrierer oder der Zentralstation befindet. In Fig. 5 sind zu sehen ein Informationserfassungsanschluß 151* eine

Nachrichtenleitung 152 zur Einrichtung 18, eine

A-Hybridschaltung 155 zur Abtrennung reflektierter Wellen von der Nachrichtenleitung 152, eine B-Hybridschaltung 154 zur Unterdrückung der Einkopplung von Rauschen aus der Nachrichtenleitung in den Modulator, ein Amplitudenbegrenzer 155, ein Ringmodulator I56 für die Meßschaltung, eine AbSchlußschaltung 157, eine C-Hybridschaltung 158 für einen Vergleicher, eine D-Hybrldschaltung 159, ein Ringdemodulator 160 für den vergleicher, ein Abtastgatter I61, ein Erfassungsausgangsanschluß

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162, ein Ausgang I6j5 der Meßschaltung, ein Ausgang 164 des Vergleichers und ein Kippsignalgenerator I65 in der Zentralstation 12.

Die Abschlußschaltung 157 besteht aus einer Parallelschaltung von mehreren Serienresonanzkreisen, deren Eigenfrequenz gleich den vorbestimmten Abtastwerten der Frequenz ist.

Für die Schaltung von Fig. 5 ist es gut bekannt, daß nur die reflektierten Wellen am Informationserfassungsanschluß I5I an der Erfassungskreisseite der A-Hybridschaltung I53 auftreten können. Zur Verteilungsleitung 17 sind nur einige Fühleinheiten 22 parallelgeschaltet, so daß die Impedanz im wesentlichen von einer reinen Reaktanz, jX. gebildet wird. Mit V für die Kippsignalspannung des Kippsignalgenerators, V für die reflektierte Welle und R für den Wellenwiderstand der Spannungsquellenseite ergibt sich folgende Gleichung:

R - JX

γ = V ,

^r R + JX ^

wobei das Kippsignal V_Q und die reflektierte Welle V entgegengesetztes Vorzeichen haben.

= const.

= const.

^Arg^Vr ⁼ -²

Die Amplitude aer reflektierten Welle ist nämlich immer konstant, una zwar unabhängig von der Abschlußimpedanz, und nur die Phase ändert sich entsprechend aer Änderung der Reaktanz JX. Diese Phase wird Null für die Serienresonanzfrequenz und variiert von -T bis +¹X . Auf diese V/eise wird die Information (Daten) bezUglicl des Schaltens einer Fühleinheit (Informationsquelle) in die Phase der reflektierten Welle aufgenommen. Wenn das reflektierte Sig-

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nal durch äen Amplitudenbegrenzer 155 läuft, können durch Rauschen, PegelSchwankungen od. dgl. hervorgerufene Einflüsse eliminiert werden. Das ist dasselbe wie bei den Demodulationsprinzipien und Rauschabstand-Erhöhungscharakteristiken von frequenzmodulierten Wellen.

Wenn eine derartige reflektierte Welle mit dem UrSprungssignal im Ringmodulator I56 gemischt wird, wird das Ausgangssignal

A · cosQ,

wobei θ die Phasendifferenz zwischen der ursprünglichen und der reflektierten Welle ist. Der Ringmodulator gibt nämlich am Erfassungsausgang 163 einen positiven Impuls ab, wenn die ursprüngliche und die reflektierte Welle in Phase sind, und einen negativen Impuls, wenn sie in Gegenphase sind.

Da dies eine Art synchroner Erfassung ist, tritt kein Gleichspannung simpuls am Ausgang auf, selbst wenn ein in die Schaltung eingekoppeltes Rauschen nicht vollständig durch den Amplitudenbegrenzer unterdrückt werden kann, außer wenn das Rauschen vollständig in Phase mit dem ursprünglichen Kippsignal vom Kippsignalgenerator 165 ist und auch dessen Frequenz aufweist.

Die B-Hybridschaltung 154 verhindert, daß Rauschen von der Nachrichtenleitung 152 eingekoppelt wird und daß die reflektierte Welle v zum Ringmodulator I56 über einen anderen Weg als durch die Pfeile in Fig. 5 angedeutet gelangt. Wenn auch ein Rauschsignal durch die A- und B-Hybridschaltung 153 bzw. 154 läuft und den Ringmodulator I56 mit der ursprünglichen Welle erreicht, tritt ein Gleichspannungsimpuls am Ausgang auf.

Es soll jetzt der Vergleicher beschrieben werden. Der Kippsignalgenerator I65 gibt ein Kippsignal an die Meßschaltung ab, die dann das Ergebnis an das Abtastgatter I6I leitet. Zum gleichen

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Zeitpunkt wird das Ausgangssignal des Kippsignalgenerators I65 auch über die D- und C-Hybridschaltungen 159 bzw. I58 in die Abschlußschaltung 157 eingespeist, und die reflektierte Welle läuft durch die C-.Hybridschaltung I58 und gelangt in den Ringmodulator I60.

Da die Abschlußschaltung 157 eine reine Reaktanzschaltung ist, erzeugt der Ringmodulator ΙβΟ einen positiven Impuls am Abtastpunkt, wie er dem für die Meßschaltung beschriebenen Fall ähnlich ist.

Das Abtastgatter I6I öffnet sich nach Empfang dieses positiven Impulses und ermöglicht, daß die abgetastete Information von der Meβschaltung zum Erfassungsausgang l62 gelangt, der mit dem Leitungskonzentrierer I5 über die Nachrichtenleitung 16 an den richtigen Frequenzwerten verbunden ist. Dann zählt die Zentralstation 12 das Ausgangssignal und integriert den Leistungsverbrauch der jeweiligen Verbraucher. Schließlich berechnet der Rechner 11 (vgl. Fig. 4) die Leistungsrate,

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   fly Informationserfassungsanordnung zum Erfassen der Daten von mehreren Informationsquellen, die auf einer Leitung liegen, swnter Verwendung eines Kippsignalgenerators und des Schaltens von Resonanzkreisen, die den einzelnen Informationsquellen zugeordnet sind, gekennz^ei-chnet durch

   eine Einrichtung mit einer ersten Hybridschaltung (I53, I54) zur Verbindung des Ausgangs des Kippsignalgenerators (I65) mit der Leitung (I7) über diese Hybridschaltung, Ableitung der reflektierten Welle (v ) von der Leitung über einen anderen Anschluß der Hybridschaltung und Mischung der reflektierten Welle mit dem Ausgangssignal (V_) des Kippsignalgenerators nach Durchlaufen eines Amplitudenbegrenzers (155) zur Erzeugung eines Erfassungsausgangssignals (163);

   eine Einrichtung mit einer zweiten Hybridschaltung (15¹O, die verhindert, daß Rauschsignale und die reflektierten Wellen (V ) von der Leitung (17) in das Ausgangssignal des Kippgenerators eingekoppelt werden; und

   eine Einrichtung (155, 157* 160, 164> zur Ableitung eines Teils des Ausgangssignals des Kippsignalgenerators zu einer Parallelschaltung (157) von Serienresonanzimpedanzen (L₁, C₁; L^t Cg), die bei entsprechenden Abtastfrequenzen Resonanz zeigen, Mischen der von dort reflektierten Welle mit dem Ausgangssignal des Kippsignalgenerators zur Erzeugung eines Abtastimpulses und Abtasten des Erfassungsausgangssignals durch den Abtastimpuls (Pig. 4, 5, 6).

   2. Informationserfassungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle drei Einrichtungen zusammen mit einem

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   Kippsignalgenerator (I65) verwendet werden (Pig. 5)·

   5· Informationserfassungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Leitungskonzentrierer (I5) zwischen dem Kippsignalgenerator (I65) und den drei Einrichtungen (Fig. 5).

   h. Informationserfassungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.'3 die Einrichtung mit der ersten Hybridschaltung (153) zwei Hybridkreise und die Einrichtung mit der zweiten Zyuridschaltung (154) zwei Hybridkreise aufweist (Fig. 5).

   5. Informationserfassungsverfahren zum Erfassen der Daten von mehreren Informationsquellen, die auf einer Leitung liegen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Kippsignal (V_Q) an Informationsquellen mit der entsprechenden Resonanzfrequenz gesendet wird, um informationstragende reflektierte· Wellen (V ) zu erhalten;

   daß das Kippsignal und jede der reflektierten Wellen gemischt werden, um ein Erfassungssignal zu erhalten, das die Information in seiner Phase trägt}' und

   da 3 Gatter (l6l) zum Durchlaß der Erfassungssignale vom Kippsignal und Bezugsresonanzkreisen (157) gesteuert werden (Fig. 5).

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