DE2132617C3 - Schaltungsanordnung zur Abfrage von Gleichstrom- oder niederfrequenten Wechselstromsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit mindestens einer Gebereinrichtung und mindestens einer galvanisch von der Leitung /ur Geberschaltung getrennten Auswerteeinrichtung zur Abfrage von auf der Leitung als Gleichstrom oder niederfrequenter Wechselstrom übertragenen Information, insbesondere Meldeanlage.

Meldesysteme bekannter Art, z. B. Feuermeldeanlagen oder dergleichen, bestehen meist aus einer Meldezentralc, Meldern und den dazugehörigen Leitungen. Die Melder werden dabei beispielsweise von Gleichstrom durchflossen, dessen Polarität angibt, ob der Melder im Ruhezustand ist oder ob ein Alarmzustand vorliegt. Werden die Melder von einem niederfrequenten Wechselstrom durchflossen, so kann man durch einen Diodenschalter dem Ruhezustand die positive Halbwelle des Wechselstroms zuordnen und dem Alarmzustand die negative Halbwelle. Dabei ist eine Abfrageeinrichtung in der Meldezentrale erforderlich, die einerseits die Auswertung des Stroms in der Melderleitung durchführt und andererseits Störungen erkennt und die ferner nicht durch Fremdeinflüsse sofort zerstört wird. Um alle diese Forderungen zu erfüllen, ist es zweckmäßig, die Melderleitung von der Abfrageeinrichtung galvanisch zu trennen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Stroniabfrage zu schaffen, bei der die Melderleiiung und die Abfrageeinrichtung galvanisch getrennt sind.

Erfindungsgcmäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zur Signalgabe dienende Melder entsprechend einem seiner beiden Zustände (Ruhe, Alarm) zwei gegensinnig zwischen die beiden Leitungsadern, einzeln wahlweise schaltbare Dioden enthält, daß die Leitungsadern mit niederfrequentem Wechselstrom gespeist sind, der über jeweils eine Wicklung auf einem Ringkern geleitet wird, der eine zur raschen Ummagnctisierung des Kerns mit höher frequenten (harmonischen) Taktimpulsen gespeiste Wicklung sowie ferner zwei Auswertewicklungen zur Feststellung der Größe und Polarität des in der Leitung fließenden Stromes trägt, die jeweils mit einem von zwei Transistoren verbunden sind, die bei unterschiedlicher Ansteuerung zur Anzeige der zwei Zustände des Melders eine bistabile Schaltung bilden und bei Störungen, wie Ausfall des Leitungsstroms und/oder des Takistroms, den gleichen Zustand einnehmen.

Weiterhin ist gemäß der Erfindung von Vorteil, wenn die beiden Transistoren, die entsprechend den beiden Zuständen »Ruhe, Alarm« in voneinander abweichenden und bei »Störung« in gleichen Leitfähigkeitszusuinden sich befinden, in ihren Basiszuleitungen je eine der beiden gegensinnig zur anderen gewickelte Auswertewicklungen enthalten, die mit den anderen Wicklungen gekoppelt sind, die mit dem Taktgenerator Lind den beiden Leitungsadern verbunden sind, und daß ferner die genannten Basiszuleitungen über einen weiteren Transistor mit dem einen Speisespannungspol verbunden sind, dessen Basis über einen Einstellwiderstand mit dem anderen Speisespannungspol und über je eine weitere Diode mit den Kollektoren der erstgenannten Transistoren verbunden ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß /um Schutz der die Leitung speisenden I-'ingangsqiielle gegen Kurzschluß zwei Strombegrenzungswiderstände in den Leitungsadern vorgesehen sind.

Weiterhin ist es gemäß der Erfindung von Vorteil, daß zur Unterdrückung der über die zwei Auswertewicklungen ^:n die Leitung eingekoppelten Wechselspannung Kondensatoren parallel zu den Strombegrenzungs-

widerständen geschaltet sind.

Fin Ausführungsbeispie! gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben, lis zeigt

F^rig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Siromabfrage gemäß der Erfindung, wobei je nach Größe des Stroms ein digitales Signal an den Ausgängen der Schaltung erscheint,

F i g. 2 ein Ablaufdiagramm der Stromabfrage und

F i g. 3 ein Me'desystem, bei dem eine Abfrageeinrichlung gemäß der Erfindung in besonderer Weise verwendet wird.

Die Erfindung soll nun an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden. In der Leitung ;j, b fließe ein sinusförmiger Strom /7„ mit einer Amplitude \t\. Dieser Strom wird nun von einem hochfrequenten Wechselstrom überlagert, dessen Amplitude \b\ größer als die Amplitude (el des niederfrequenten Weehsel'troms iL ist. Diese Überlagerung geschieht dadurch, daJi die Leitung ;i, b durch einen Ringkern über zwei Wicklungen I, II geschleift werden. Auf diesem Kern befindet sich ebenfalls die Wicklung III, die an den Taktgenerator G angeschlossen ist, welcher einen hochfrequenten Taktstrom Ts erzeugt, der den Kern dauernd zwischen seinen beiden Sättigungszuständen umschaltet. Diese IJmschaltvorgänge sind bereits aus der Kernspeichertechnik bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden.

Wie bei der Kernspeichertechnik wird beim Urnschaltvorgang ein Strom in den sekundären Abfragewicklungen IV und V induziert, die sich ebenfalls auf dem Ringkern befinden. Diese sekundären Abiragewicklungen IV und V sind wie die Wicklungen I und Il gegensinnig gewickelt, um die Polarität eines in der Leitung fließenden Stromes eindeutig erkennen zu können und um den Emitterelektroden der Transistoren 72 und 73 die Abfrageinipulse in der richtigen Polarität zuzuführen.

Um nun die Schaltungsanordnung verständlicher /u erläutern, sei angenommen, daß in der Leitung ;i, b überhaupt kein Strom iL fließe. Der Ringkern wird dann durch den Taktstrom Ts laufend zwischen seinen beiden Sättigungszuständen umgeschaltet. Die an die Emitterelektroden der Transistoren 72 und 73 gelangenden Impulse sind gleich groß und ihre Differenz ist gleich Null.

Nun wird in die Leitung ein positiver Gleichstrom eingespeist. Dadurch wird der Ringkern vormagneüsiert und die in den sekundären Abfragewicklungen IV und V induzierten Impulse werden unsymmetrisch. Für eine Schaltung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. werden die über die sekundären Auswertewicklungen IV aufgenommenen Impulse größer und die über die sekundäre Auswertewicklung V aufgenommenen Impulse kleiner. Die Differenz dieser beiden Impulsgruppen entspricht dem zu messenden Gleichstrom. Soll ein niederfrequenter Wechselstrom iL gemessen werden, so ergeben sich für die Abfrage Inipulszüge, wie sie in F i g. 2 als in den Ringkernw'icklungen IV mid V induzierte Stromimpulse /IV und /V dargestellt sind, Diese Darstellung gilt nur unter der Voraussetzung kurzgeschlossener Dioden D.i. DA. Diese Impulse sind in natura wesentlich schmaler und auch das Impulsdach ist deformierter, als dies in der idealisierten Zeichnung der Fall ist.

In F i g. 3 ist der grundsatzliche Aufbau ei nc· Meldesystems dargestellt, welches zunächst erläutert worden soll, um ein leichteres Verständnis der Abfrageschaltungsanordnung zu ermöglichen.

In einem Taktgenerator G befinden sich ein Oszillator O.9 und eine Kippstufe KS, die einen rechteckförmigen, hochfrequenten Takt erzeugen, der eine Taktstromquel-Ie 7Q steuert, so daß die Wicklung 111, die sich auf einem Ringkern R befindet, mit einem hochfrequenten Takistrom gespeist wird. Gleichzeitig wird von der Kippstufe KS über eine Frequenzunterselzerstufe l'S zusammen mit einem Verstärker V ein niederfrequenter

ίο Wechselstrom iL erzeugt, der in die Leitung AB eingespeist wird. In dieser Leitung u, b befinden sich die Wicklungen I und II, die auf dem Ringkern R angeordnet sind. Der eigentliche Melder M besteht aus den Dioden D3 und D4 und dem Schalter Sl. Im Ruhezustand ist der Schalter .Vl so gestellt, daß die Diode in den Stromkreis geschaltet ist, die nur die positiven Halbwellen des Stromes ciurchläßi. Tritt der Alarmfall ein, so wird an Stelle der Diode des Ruhezustands über den Schalter Si die Diode des Alarmzustandes eingeschaltet, die nur die negativen Halbwellen durchläßt. Positive Halbwellen bedeuten also Ruhezustand und negative Halbwellen Alarmzustand. Bei Störungen treten entweder Vollwellen oder gar kein Strom auf. Die Abfrageeinrichtung muß in der Lage sein, den Alarmzustand zu erkennen und Störungen einwandfrei zu identifizieren. Dies geschieht mit Hilfe der Stromabfrage .S¹F und der Stromausuertung SW, die über Lampen AM, ST entweder Alarm oder Störung meldet. Dabei ist die Stromauswerumg SWnieist in digitaler Ausführung und die Stromabfrage SF muß so ausgeführt sein, daß beim Überschreiten eines bestimmten, vorgegebenen Siromweries die Schaltung für jede Siromrichtung getrennt ein Signal abgibt. Eine bestimmte Ansprechschwelle \d{ ist vorgesehen., damit nicht jeder noch so geringe Fremdeinfluß eine Störungsmeldung hervorruft. Der Stromabfrage SFgemäß dem Ausführungsbeispiel sind an ihren Ausgängen folgende logischen Kombinationen zugeordnet:

Erscheint am Ausgang A eine logische Eins und am Ausgang Seins logische Null, so liegt der Ruhezustand vor.

Erscheint am Ausgang A eine logische Null und am Ausgang ßeine logische Eins, so liegt der Alarmzustand

^vor·

Erscheint an beiden Ausgängen A und ßeine logische

Eins oder eine logische Null, so liegt ein Störungs/ustand vor.

Die Digitalisierung der Stromabfrage sei nun an 1 land des Beispiels in Fig. 1 erläutert. Im Ruhezustand fließt ein Strom, der nur positive Halbwellen besitzt. Dementsprechend werden die Transistoren 72 und 73 unsymmetrisch angesteuert. Der I ransistor 72 erhält gemäß der F i g. 2 über die sekundäre Auswertew ick-

ss lung IV den Strom /IV und der Transistor 73 erhält über die sekundäre Auswertewicklung V den Strom A'. Das bedeutet, wenn nur die positiven Anteile des Stromes iL betrachtet werden, da während dieser positiven llalbwelle des Stromes «7. der Strom ilV größer als der

(,o Strom /V ist. Oberhalb der Ansprechschwelle |i/| muß also die Schaltung über ilen Ausgang Λ eine logische I ins und über den Ausgang />' eine logische Null abgehen. Die logische Eins bedeutet tir J;eses Beispiel ein hohes Spannungspotential. welche·- .;i etwa dem

<., Potential der Spannungsquelle t / ' einspricht und die logische Null sei durch ein entsprechend niedrigeres Spannungspotential dargestellt.

Fs sei nun angenommen, daß die Transistoren 71 und

75 gesperrt sind. Dann ist die Spannung an den Kollektorelektroden dieser Transistoren hoch und entspricht der logischen Eins. Steigt nun die Spannung an einem der Kollektoren Tl oder T3 schlagartig an, so wird einer der beiden Transistoren Tl oder T5, beispielsweise 7"5 leitend und die Spannung fällt am Punkt B auf einen niedrigeren Wert, dem die logische Null entspricht. Daß die Spannung an den Punkten A 1, B 1 der Schaltung schlagartig ansteigt und nicht linear wie üblich, wird über eine Regelschaltung erreicht, die aus den Dioden Dl, Dl, dem Transistor Γ 4 und dem Kondensator C3 besteht. Es sei zunächst angenommen, daß in der Leitung a, b kein Strom fließe und daß auch die Regelschaltung nicht vorhanden sei. In diesem Fall wäre das Potential an den Punkten A und B der Schaltung zu hoch und die Transistoren 7 1 und 7" 5 wären immer leitend. Um dies zu vermeiden, ist der Transistor Γ4 in der Regelschaltung vorgesehen. Dieser Transistor 7" 4 ist über den Widerstand R 9 leitend und entlädt den Kondensator C3. Dadurch wird die Impulslänge der über die sekundären Auswcrtcwicklungen IV und V induzierten Impulse größer und an den Punkten A 1 und B 1 baut sie eine Kollcktorspannung auf, die die Dioden Dl. Dl gerade leitend macht und die die Transistoren T\ und 7'5 sperrt. Wird nun die Sicuerspannung der Transistoren Tl, T3 infolge der Vormagnetisierung des Ringkernes unsymmetrisch, so übernimmt der Transistor mit dem größeren Strom z. B. Tl die Regelung der konstanten Kollektorspanniing, indem die zu ihm gehörige Diode. /.. B. D 1 ein Teil des Stromes über den Widerstand R9 aufnimmt. Dadurch wird der Transistor TA hocholimiger, die Spannung am Kondensator C3 steigt und die Impulslänge der indu/ierten Impulse wird dadurch kürzer, d. h. die Kollektorspannung UCi, UCl bleibt an den Punkten A I, Bi konstant gering. Hat nun ein Transistor,/. 13. 7 2 den über den Widerstand W9 fließenden Strom voll übernommen, so wird der Transistor 73 gesperrt und die Kollektorspamuing I¹Cl steigt schlagartig an. Der Transistor 7'5 wird dementsprechend leitend und am

ίο Ausgang B erscheint eine logische Null. Die Ansprcchschwellc \d\ der Schaltung, d. h. der Punkt, an dem einer der beiden Transistoren Tl, T3 in den Sperrzustand übergeht, wird durch die Dimensionicrung des Widerstandes R 9 festgelegt, dessen Größe dadurch auch von dem in der Leitung a, b fließenden Strom abhängt.

Wird die Amplitude c des Leitungsstromes iL größer als die Amplitude b des hochfrequenten Taktstromes 7s, so werden beide Transistoren Tl, T3 gesperrt. Die Kollektorspannungen UC3 und LJC4 der Transistören Tl und Γ3 an den Punkten Ai, Bl sind in F i g. 2 dargestellt. Die Spannungen, die dabei gestrichelt gezeichnet sind, werden durch die Sperrung des jeweils zweiten Transistors hervorgerufen, weil der Kern nicht mehr ummagnetisiert wird, wenn die Amplitude \b\ des Taktstromcs Ts kleiner als die Amplitude |t1 des Leitungsstromes iL wird. Liegt die Amplitude \c\ des Leitungsstromes iL unter der Ansprcchwellc |c/|, so wird keiner der beiden Transistoren T2, T3 gesperrt und eine Störung wird über die Slromauswcrtung SW in Verbindung mit der Anzeigeeinrichtung STangezcigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Schaltungsanordnung mit mindestens einer Gebereinrichtung und mindestens einer galvanisch von der Leitung zur Geberschaltung getrennten Auswerfeinrichtung zur Abfrage von auf der Leitung als Gleichstrom oder niederfrequenter Wechselstrom übertragenen Informationen, insbesondere Meldeanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Signalgabe dienende Melder (M) entsprechend einem seiner beiden Zustände (Ruhe, Alarm) zwei gegensinnig zwischen die beiden Leitungsadern (u, b) einzeln wahlweise schaltbare Dioden (DX DA) enthält, daß die Leitungsadern (u, b)mh niederfrequentem Wechselstrom (iL) gespeist sind, der über jeweils eine Wicklung (I, II) aiii einem Ringkern ^geleitet wird, der eine zur raschen Unimagnetisierung des Kerns (R) m\i höher frequenten (harmonischen) Taktimpulsen (TS)gespeiste Wicklung (III), sowie ferner zwei Atiswertewicklungen (IV, V) zur feststellung der Größe und Polarität des in der Leitung (a, b) fließenden Stromes trägt, die jeweils mit einem von zwei Transistoren (T2, Ti) verbunden sind, die bei unterschiedlicher Ansteuerung zur Anzeige der zwei Zustände des Melders (M) eine bistabile Schaltung bilden und bei Störungen, wie Ausfall des Leitungsstromes (iL) und/oder des Taktstromes (Ts) den gleichen Zustand einnehmen.
2. 2.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (T2, Γ3), die entsprechend den beiden Zuständen »Ruhe, Alarm« in _t voneinander abweichenden und bei »Störung« in gleichen Leitfähigkeitszuständen sich befinden, in ihren Basiszuleitungen je eine der beiden gegensinnig zur anderen gewickelten Auswertewicklungen (IV, V) enthalten, die mit den anderen Wicklungen (I, II, III) gekoppelt sind, die mit dem Taktgenerator (CJ 1) und den beiden Leiumgsädern (;i, b) verbunden sind, und daß ferner die genannten Basiszuleiuingen über einen weiteren Transistor (TA) mit dem einen Speisespannungspol (O) verbunden sind, dessen Basis über einen Hinstellwiderstand R 9) mit dem anderen Speisespannungspol ( + U) und über je eine weitere Diode (D\, D2) mit den Kollektoren der erstgenannten Transistoren (T2, 73) verbunden ist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der die so Leitung (i>, b) speisenden Eingangsquelle (G) gegen Kurzschluß zwei St rombegren/.ungs widerstände (R 3, RA) in den Leitungsadern (;t, b) vorgesehen sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung der über die zwei Auswertewicklungen (!V, V) in die Leitung (;i, b) eingekoppelten Wechselspannung Kondensatoren ((i, C2) parallel zu den Strombegreiizungswiderständen (R I. /V 2) geschaltet sind.