DE2235230A1

DE2235230A1 - Pilotregeleinrichtung fuer nachrichtenuebertragungssysteme mit reglerstillsetzung

Info

Publication number: DE2235230A1
Application number: DE19722235230
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Ing Gauss; Klaus Sturmheit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-07-18
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1974-02-07
Also published as: JPS4953314A; DE2235230C3; AU5799373A; GB1445734A; SE392554B; NL169663B; IT992629B; NL7309442A; DE2235230B2; JPS5327046B2; NL169663C

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den 18. IiL1197 Berlin und München Wittelsbacherplat?; 2

TTPA "72/6607.

Pilotregeleinrichtmig für Nachrichtenübertragungssysteme mit ReglerStillsetzung

— I "WiiUpIiPHI IM ι III*»« IHIII inr I Il IΙ1I III! Mil IIIPII ■■ I | Γ !HU 11 !■ >il III I I Ml IlIIII I III 1ΙΙΙ I» I »I Il t Ill II— III I ■■!■III» ί IIITIHIIIIIIIWIIIHIIIPIPII M -1ImIIWIlI-I I

Die Erfindung "betrifft eine Pilotregeleiiirichtimg für Nachricht enüber tragungs systeme, bei der bei Überschreitung vorgegebener Grenzwerte der Regler stillgesetzt wird.

Die bisherigen Pilotregler·, bei welchen die Reglerstillsetaimg dos Reglers (Speicherung oder Mittelstellung) mit der G-renzwertsignalisierung des Ausgangspegels verknüpftest, haben zwei wesentliche Mangel:

Der eine besteht darin, daß bei Wiederkehr des Pilots der Regler in vielen !Fällen nicht von selbst wieder anläuft und deshalb weiterhin Alarm gibt, wenn der Regolspeicher Verstärkimgswerte am Rande des Regelbereiches einnimmt, obwohl der Eingangspegel völlig normal ist« Durch manuellen Eingriff (Starttaste, Betriebsartenschalter u.a.) muß der Regler "angeworfen" werden.

Andererseits gibt der Regler bei langsamen Pegelabfällen erst bei viel zu niedrigen Unterpegeln am Eingang, wo schon längst eine Störimg vorliegt, mit Sicherheit Alarm,.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pilotregeleinrichtung mit Reglerstillsetzung zu schaffen, bei der die vorgenannten Hacliteile vermieden werden.

Die Pilotregeleinrichtung wird gemäß der Erfindung derart ausgebildet _s daß das Kriterium für die Reglerstillsetzung

VPA 9/630/2003 Zk/Phl ·

309886/0547

_ 2 —

in Form eines vorgegebenen Grenzwertes durch Vergleich der am Ausgang des Reglers anstehenden Spannung (Ausgangspegel) mit einer von der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe erhalten wird.

Durch diese Maßnahmen erreicht man, daß das Kriterium für die Reglerstillsetzung nicht mehr vom Ausgangspegel, sondern vom Eingangspegel des Reglers her abgeleitet wird. Der dafür erforderliche Grenzwert wird durch Vergleich zwischen Ausgangspegel und B.eglerstellung gewonnen, entsprechend der Beziehung: Eingangspegel = Ausgangspegel minus Verstärkung des Pegelreglers. Es wird also, weitgehend unabhängig von der Regierstellung, -immer geregelt, solange der Eingangspegel diesen Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert wird so gewählt, daß er tiefer liegt als die 'Eingangspegel, die als ungestört gelben können und bei denen eine Regelung noch sinnvoll ist.

Diese eingangspegelorientierte Reglerstillsetzung hat den Vorteil, daß eine Selbstblockierung vermieden wird und dennoch rechtzeitig Stillsetzung und Alarm bei zu tiefen Eingangspegeln ausgelöst wird.

Insbesondere läßt sich die Pilotregeleinrichtung derartausbilden, daß eine dem Ausgangspegel proportionale Gleichspannung und eine der Stellung des Reglers analoge Gleichspannung einem Differenzverstärker zugeführt sind "und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers als Kriterium für die Reglerstillsetzung verwendet ist.

Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau einer aolchen Pilotregeleinrichtung erreicht.

Eine weitere Vereinfachung erhält man dadurch, daß die dem Ausgangspegel proportionale Spannung vom Pilotempfänger der

VPA 9/630/2003 - 3 -

309886/0547

jeweiligen Regeleinrichtung abgenommen wird. Der Differenzverstärker kann vorteilhafterweise ein Operationsverstärker sein.

Die von der Reglersteliung abgeleitete elektrische Größe läßt sich bei Reglern, bei denen eine Einrichtung aur elektrischen Anzeige der Regierstellung vorhanden ist, · derart gevrixmen, daß eine der Regler-Stellung entsprechen« de für äen A^rergleich mit der Pilotausgangsßpannung geeignete Spannung von der obengenannten Einrichtiing abgeleitet wird.

Eine- weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Kriterium für die Reglerstillsetzung zugleich für eine Alarmgabe verwendet wird.

Die so zur Alariag3.be verwendete Alarsischaltung kann dabei über ein ODER-Glied zxisätzlich vom Ausgangspegel allein angesteuert sein«

Verwendet nan zur Verstärkung der aus der Reglersteliung abgeleiteten Größe einen niehtlinearen Gleichstromverstärkex' und versieht diesen mit einer Gegenkopplung, die eine Diode enthält, die zusätzlich su einem bereits vorhandenen Gegenkopplungswiderstand bei Übersehreiten einer vorgegebenen Spannung einen weiteren Widerstand parallel legt, so erreicht man dadurch, daß- die der Regierstellung entsprechende elektrische Größe, annähernd proportional zur Verstärkung des Pegelreglers wird."

An Hand der Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und Z sowie der Diagramme nach den Figuren 3 und 4 wird die Erfindung näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild für einen Pegelregler mit Regierstillsetziing und Stellgrößenspeieherung bei

309886/0 547 VPA 9/630/2003 . - 4 «

Grenzwertunterschreitung des Eingangspegels. Der Eingangspegel Pe steht am Eingang des Leitungsverstärkers IY, der ein pilotgeregelter Verstärker ist, an. Die trägerfrequenten Ifachrichtensignale werden über die leitung Ii zu einer Pilotauskopplung G geführt, an der der ebenfalls auf der Leitung L mit übertragene Pilotton ausgesiebt wird. Aid Ausgang der Pilotauskopplung steht der Ausgangspegel p_Q

el

an, der Pilot Pt wird dem Pilotempfänger jsügeführt, wo er verstärkt und gleichgerichtet wird. Dieser gleichgerichtete Pilot wird einerseits zum Zwecke der Pegelregelung einem Differenzverstärker DY1 zugeführt, in dem er mit einer Yergleichsßpamrang U η-j verglichen wird. Andererseits wird der Pilotpegel an den Differenz/erstärkern DY2, DV3 und DY4 geführt* Die Wirkungsweise dieser Einrichtung wird später noch besehrieben.

Das Differemasignal aus der Soll~ und der gleichgerichteten Pilotspannung wird dann, dem Regelspeicher RS, der im roxliegenden Fall aus einem Kondensator-Mosfetspeicher besteht, zugeführt» Am Ausgang des Regelspeichers liegt der Umformer U, in dem die Stellgröße für das Stellglied im Leitungsverstärker XV erzeugt wird. Das Stellglied besteht z.B. aus einem Heißleiter, dem als Stellgröße der im Umformer erzengte Heizstrom i_o zugeführt ist.

Wird die Verstärkung des Pegelreglers mit s bezeichnet, so ergibt sich für den Ausgangspegel die Gleichung ρ = s + p_. Am umformer U befindet sich außerdem noch eine Stellgrößenanzeige SA. Der prinzipielle Verlauf der Regelverstärkung s in Abhängigkeit vom Stellst-rom i ist in einem kleinen Diagramm unterhalb des leitungsverstärkers LV in der Figur 1 ebenfalls dargestellt.

Dem Differenzverstärker DV2, der die Reglerstillsetzung veranlaßt, wird neben der gleichgerichteten Pilotspannung

VPA 9/630/2003 3 0 9 8 8 6 / 0 5 Λ 7 "⁵^

— Z) —

auch noch, die vom Umformer erzeugte, von der Regierst ellung des Reglers abhängige Spannung U zugeführt. Solange die Pilotspannung Up₁₁ größer als die zugeführte Spannung U₃ ist, wird der dem Regelspeicher RS vorgeschaltete Schalter geschlossen gehalten: Die Regelung ist in Betrieb. Wird jedoch die Pilotspannung Up.-, "kleiner als die zugeführte

Spannung U . so entsteht am Ausgang des Differenzverstärs

Teers DV2 ein Signal,..das den Schalter öffnet und die Regelung stillsetzt.

Zusätzlich zur Reglerstillsetzung kann dieses Signal auch noch für eine Alarmierung verwendet werden.' Dabei soll die Alarmierung sowohl bei Vorhandensein des vom Differenzverstärker DV2 kommenden Signals als auch beim Unter- und Überschreiten eines Grenzwertes des gleichgerichteten Pilotsignals Alarm geben. Dies wird dadurch erreicht, daß sowohl die beiden als Grenzwertgeber arbeitenden Differenzverstärker DY3 und DV4 als auch der Ausgang des Verstärkers DV2 über ein ODER-Gatter OG verknüpft sind. Die strichliert gezeichnete Linie zeigt die Reglerstillsetzungseinrichtüng Rst an, während die innerhalb der strichpunktierten Linie gezeigten Schaltungsteile zur Alarmierung A gehören.

Die Funktionsweise des Reglers wird nunmehr im einzelnen an Hand eines detailliert gezeichneten Schaltbildes der Figur 2 dargestellt.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer'TF-Pegelregelung und im einzelnen die eingangspegelbezogene Reglerstillsetzung und Stellgrößenspeicherung.

Die Pilotfrequenz wird mit einer Gabel G- aus dem Übertragungsband ausgekoppelt, in einem selektiven Verstärker verstärkt und anschließend gleichgerichtet. Diese Gleichspannung Upjn wird nun als Maß für den Pilotpegel (Regelgröße.

TPA 9/630/2003 3098 86/054 7 · ~^&~

dem Regler DV1 zugeführt und dort mit dem Sollwert U verglichen. Die Differenz der beiden ergibt die Regelabweichung. Diese gelangt durch den Regler DV1 verstärkt über den Relaiskontakt sp und das RC-G-lied R1 und C zum Mosfet T1. Diese Anordnung arbeitet als Speicher für die Regierstellung bei Reglerstillsetzung«

Der Transistor T2 wird vom Mosfot T1 angesteuert und liefert den Heizstrom (Stellgröße Y) für den Heißleiter (Stellglied), der die Verstärkung s im geregelten Gruppenverstärker LV einstellt.

Der Transistor T3 wird ebenfalls vom Mosfet T1 gesteuert und erzeugt an dem Spannungsteiler R5? R9 eine Spannung (Stellgrößenspaniiung U genannt), die der Begierstellung s proportional, jedoch um 6 dB gegenüber dieser reduziert ist.

π £ s ~ 6 dB

Die Ifichtlinearität in der Abhängigkeit der Reglerstellung s vom Heißleiterheizstrom Y wird mit der durch den Spannungsteiler R7/R6 vorgespannten Diode D kompensiert, so daß sich Reglerstellung s und Stellgrößenspannung U₀ weitgehend proportional zueinander verhalten.

Die Stellgrößenspannung U_s und die Pilotspannung (= Ausgangspegel ρ ) werden im Operationsverstärker ΟΓ2 miteinander verglichen. Sobald die Pilotspannung U-^₁ kleiner wird als die Stellgrößenspannung U₀, wird das Speicherrelais Sp stromlos und der Kontakt sp geöffnet. Damit wird die Regelung stillgesetzt und die zuletzt eingestellte Reglerstellung s durch Speicherung der Stellgröße Y im Kondensator C am Gate des Mosfet T1 beibehalten.

VPA 9/630/2003 - 7 -

309886/05 4 7

^T < TJ bedeutet nacli der Beziehung U = s— 6 dB ■

' ^UPil ^<
s ~ ^{6 dB} oder da ^üPil = ?a '

P_Q < s - 6 dB

bzw. P_ ~ s < - 6 dB und das bezogen auf

den Eingangspegel nach der Beziehung

= ^Pa -

< - 6 dBH"

Dabei ist mit dBli die Abweichung des Pegels in dB vom ITominalvfert bezeichnet. Das bedeutet, daß die Regelung unabhängig vom augenblicklichen Regelzustand dann stillgesetzt und gleichzeitig Alarm gegeben wird, wenn der Eingangspegel P - 6 dBSi unterschritten wird und damit der Regler mit

^e +

einem"Regelbereich von — 4 dB nicht mehr in der lage" ist,

diese Pegelabweichung auszuregeln.

Erst wenn die Pilotspannung Up₁₁ (= Ausgangspegel P_&) wieder größer wird als die Regierstellungsspannung U₃, oder (auf den Eingangspegel P_ bezogen) der Eingangspegel P größer \iird als - 6 dBU, v/ird die Regelung durch Schließen des Relaiskontattes sp wieder in Betrieb genommen xind der Alarm gelöscht.

VPA 9/630/2003 · - 8 -

309886/0.547

tfber den Widerstand R4 kann am Emitter des !transistors T3 der Meßstrom für die Reglerstellungsanzeige entnommen werden. Da in den meisten Fällen eine Reglerstellungsanzeige gefordert wird, zu der der Transistor T3 mit seinem Zubehör ohnehin erforderlich ist, "beschränkt sich der zusätzliche Aufwand zur Reglerstillsetzung abhängig vom Eingangspegel auf den Verstärker DY2. -An den Klemmen 1, 2 kann ein Pilotanzeigegerät angeschlossen werd.en. Die Regelstellungsanzeige liegt an den Klemmen 3» 4 und die Alarmspannung wird an der Klemme 5 abgenommen.

In den Figuren 3 und 4 sind Diagramme dargestellt, aus denen das gesamte Verhalten der Regler bei Eingangspegeländerungen abgelesen v/erden kann. Hiermit sollen die bisher bekannten und der neue Regler nach der Erfindung miteinander verglichen v/erden.

Die Begriffe Regler, Störungen, Änderung, Ausfall, Wiederkehr und Sprünge beziehen sich auf den Pilotpegel. Dabei sind die Bedeutung der Abkürzungen nachstehend aufgeführt:

ρ - Pilotpegel

ρ ~ Pegel am Eingang des Reglers

Pr, = Pegel am Ausgang des Reglers a

ρ = Pegel kurz vor einem Pegelsprung P₁ = Pegel kurz nach einem Pegelsprung P₂ = Pegel nach beendetem Regelvorgang s = Verstärkung des geregelten Verstärkers j

Reglersteilung
³A♦ ^SS ~ ^s ^^e^ Ausfall bzw. Speicherung

Der Regelbereich soll im vorliegenden Beispiel mindestens 4 dB und höchstens 6 dB nach beiden Seiten, ausgehend von der Regelmitte, für die der Yfert s = O dB angesetzt ist, betragen.

TPA 9/630/2003 _309886/0547 "9"

An Hand von Pig. 3 sei die Anwendung des Diagramms erläutert. Als Beispiel diene ein Regler, "bei dem die Stillsetzung vom Ausgangspegelgrenzwert (gleichzeitig Signalgabe) gesteuert wird. Dabei v/erden auch dessen Nachteile aufgezeigt.

Zunächst wird das Ausregeln langsamer Pegeländerungen, "betrachtet. Der Eingangspegel-p_ wandere entsprechend den Ordinatenwerten. Durch Spiegelung an der Regelkennlinie (stark ausgezogene Linie) erhält man die für den ausgeregelten Zustand p_ra ^ O dBN notwendige Regelverstärkung s

auf der Abszisse. Bei zu großen Eingangspegelabweichungen kann nicht mehr auf p_ = O dBN ausgeregelt werden.

ρ sinke ab, bei ρ = - 6 dBN wird s = + 6 dBN. Die Regelverstärkung liegt am oberen Anschlag, ρ sinke weiter ab. Die Alarmierung kommt erst bei ρ = - 11 dBN (siehe Punkt A im Diagramm rechts unten).

Wenn auch der Ausgangspegel mit p_o = ~ 5 dBN noch einen

el

Betrieb der Gruppe gewährleistet, so ist der Eingangspegel nicht mehr als ungestört anzusehen. Allein das Grundgeräusch der Gruppe ist 12,5 mal so hoch wie normal!

Bei Pegelsprüngen ergibt sich folgendes:

Entlang der eng strichlierten Geraden in Pfeilrichtung ergibt sich folgender Zustand:

ρ = + 1,5 dBN sei mit S_n = - 1,5 dBN auf ρ = O dBN aus-

^eo ·

geregelt. Nun folge ein Sprung auf p_Q = - 3 dBN. Zusammen-

^e1 treffend auf Punkt B. Dieser liegt im ToIeranzbereich der Signalisierung. Es gibt zwei Möglichkeiten:

VPA 9/630/2003 - 10 -

30988 6/0547-

a) Kein Alarm und Weiterregeln auf Punkt G mit 3p = + 2,9 dBlT auf p_qO = - 0,1 dBN, wie gewünscht, da ρ noch in Ordnung ist oder

b) Alarm und Stillsetzung bei S₁ = - 1,5 dBN auf ' P_a = - 4,5 dBN.Der Regler sollte weiterregeln, da ρ = - 3 dBir in jedem Falle noch gut auf p_QO ^<^ O &ΒΉ ausgeregelt werden könnte.

Als nächstes soll die Wiederkehr nach Ausfall erläutert werden.

ρ = + 3 SES eingeregelt mit s_o = - 3 dBN" auf p_Q = 0 dBE.

ο ° ^a

!Dritt nun Totalausfall ein, kommt Alarm; s bleibt auf - 3 dBN. Bei Wiederkehr auf P₁ = - 2 dBN ist weiterhin Alarm und der Regler läuft nicht an, obwohl der Eingangspegel völlig normal ist. Der Regler ist blockiert.

Wird p_eo = + 6 dBii —* s_Q = - 5,8 dBff und p_e1 = + 2,5 Selbst dann springt die Regelung nicht mit absoluter Sicherheit an, siehe Punkt D.

Das Diagramm von Pig. 3 gilt für den erfindungsgemäßen Regler. Die Handhabung ist die gleiche wie im vorhergehenden. Die Vorgänge sollen hier nicht mehr im einzelnen erläutert, sondern es soll nur auf das Wesentliche hingewiesen werden:

Die Reglerstillsetzung wird unabhängig von der Signalisierung von einem eigenen Kriterium (Grenzwertkurve E) ausgelöst, was sich im wesentlichen nur noch nach dem Eingangspegel ρ richtet. Danach wird bei Eingangspegeln oberhalb diesar Kurve geregelt, unterhalb dieser Kurve stillgesetzt, gespeichert und alarmiert. Wegen der Summierung der nicht korrigierenden Toleranzen in den Beziehungen

IJ = f (Stellstromes) xmd s = g (Stellstromes) muß für die s

VPA 9/630/2003 309886/0547 -11-

Grenzkur-ve eine Ge samt t oleranz von p = - 4 ... -^ 8 dEW zugelassen werden.

Solange der Eingangspegel - 4 dBN überschreitet wird auf jeden Pail geregelt, denn solche Pegel könnten auch immer, selbst bei minimalem Regelbereich, ausgeregelt werden (siehe Punkt P). Eine Blockierung ist nicht mehr möglich, solange der Singangspegel - 4 dBTT überschreitet, siehe Punkt Gc Regeln von G nach P, bei G'Alarmlöschung,

Bei Eingangspegel unter - 8 dBIT wird mit absoluter Sichea?-- heit alarmiert und die Regelung stillgesetzt. Bei - 7₅9 dBKF könnte noch bis auf ρ = - 3,9 dBIF ^υη^ höher ausgeregelt werden, ohne Alarmgabe, siehe Punkt H.

Me Yorteile des erfindungsgemäßen Reglers treten deutlich hervor, wenn man Punkt G mit D einerseits, und Punkt H mit A andererseits vergleicht.

Da mrnmehr zwei Grenzwertkriterien vorliegen, nämlich das bisherige vom Ausgangspegel und das vom Eingangspegel her abgeleitete, könnte grundsätzlich die Stillsetzung auch durch Vergatterung dieser beiden Grenzwerte ausgelöst werden.

9 Patentansprüche
4 Figuren

VPA 9/630/2003 - 12 -

309886/0547

Claims

- 12 P a t e η t a η s ρ r ti c he

My Pilotregeleinrichtung für Nachrichtenübertragungssysterne, "bei der bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes der Regler stillgesetzt wird, dadurch g e ~ kennzeichnet _f daß das Kriterium für die Reglerstillsetzung in Form eines vorgegebenen Grenzwertes durch Vergleich der am Ausgang des Pegels anstehenden Spannung (Ausgangspegel) mit einer von der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe erhalten wird.

. 2, Pilotregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine dem Ausgangspegel proportionale Gleichspannung und eine der Stellung des Reglers analoge Gleichspannung einem Differenzverstärker zugeführt sind und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers als Kriterium für die Reglerstillsetzung verwendet ist.

3. Pilotregeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ausgangspegel proportionale Spannung vom Pilotempfänger der jeweiligen Regeleinrichtung abgenommen ist.

4. Pilotregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker ein Operationsverstärker ist.

5· Pilotregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die bei Reglern vorhandene Einrichtung zur elektri-

YPA 9/630/2003 - 13 -

309886/0547

sehen Anzeige der Regierstellung so erweitert wirä, daß eine der Regierstellung entsprechende, für den Vergleich mit der Pilotausgangsspannung geeignete Spannung gewonnen ist. ,

6. Pilotregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad u r c h ge lc e η η ζ ei c hn e t, daß das Kriterium für die BegierStillsetzung zugleich für eine Alarmgabe verwendet wird.

7. Pilotregeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ,gekennzeichnet , daß die zur Alarmgabe veirwendete Alarmschaltung ü"ber ein ODER-G-lied zusätz-.lieh vom Ausgangspegel allein angesteuert ist.

8» Pilotregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der aus der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe ein niehtlinearer, Gleichstromverstärker verwendet ist.

9. Pilotregeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der nichtlineare Gleichstromverstärker mit einer Gegenkopplung versehen ist, die eine Diode enthält,die zusätzlich zu einem "bereits vorhandenen Gegenkopplungswiderstand bei Überschreiten einer vorgegebenen Spannung einen weiteren Widerstand parallel legt.

VPA 9/630/2003

30 9-8 86/0547

it

L e e r s e i t e