DE2235230C3

DE2235230C3 - Pilotregeleinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme mit Reglerstillsetzung

Info

Publication number: DE2235230C3
Application number: DE19722235230
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(Grad.) 8031 Puchheim Sturmheit
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-07-18
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1983-03-03
Also published as: DE2235230A1; NL169663B; AU5799373A; IT992629B; NL7309442A; JPS4953314A; NL169663C; SE392554B; GB1445734A; JPS5327046B2; DE2235230B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Pilotregeleinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme, bei der bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes der Regler stillgesetzt ist.

Aus Cables & Transmission«. 1971, Nr. 4, Oktober, Seiten 579 bis 594, ist eine Pilotregeleinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme bekannt, bei der bei einer Unterschreitung eines bestimmten Pegels über cmc Diode eine Vorrichtung eingeschaltet wird, die im wesentlichen aus einem Transistor besteht und die die Aufgabe hat, den Regler auf einen bestimmten vorgegebenen Mittelwert einzustellen. Der Heizstrom des Reglers ist dabei sowohl über den gleichgerichteten Pilotton als auch über eine am Transistor anstehende Spannung, die vom Stellglied abgeleitet ist, beeinflußbar. Solange jedoch der gleichgerichtete Pilot innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegt, ist durch die Diode der Transistor unwirksam. Da die Spannung an der Basis des Transistors proportional der Spannung auf der Strecke bzw. am Regler ist, bewirkt dieser Transistor ein Einstellen des Heizstromes auf einen Mittelwert, da er entgegengesetzt dem Transistor ausgesteuert wird, der durch die gleichgerichtete Pilotspannung verstellbar ist. Weil die Spannung an der Basis direkt proportional der Spannung am Regler ist, wird hierbei nichts anderes ■· bewirkt, als daß für die Stabilisierung des Mittelwertes eine zusätzliche Regelung vorhanden ist, die außerhalb der eigentlichen Pilotregelung wirksam ist

Bei dieser bekannten Anordnung wird die Reglerstillsetzung abhängig vom Ausgangspegel der Regeleinrichtung vorgenommen. Auch ist dort keine Einwirkung der Reglerspannung auf den Heißleiter selbst gegeben, sondern nur für die Zeit außerhalb der Grenzwerte.

Die bisherigen Pilotregler, bei weichen die Reglerstülsetzung des Reglers (Speicherung oder Mittelstellung) mit der Grenzwertsignalisierung des Ausgangspegels verknüpft ist, haben zwei wesentliche Mangel:

Der eine besteht xiarin, daß bei Wiederkehr des Pilots der Regler in vielen Fällen nicht von selbst wieder anläuft und deshalb weiterhin Alarm gibt, wenn der

^J0 Regelspeicher Verstärkungswerte 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 Störung vorliegt, mit Sicherheit Alarm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pilotregeleinrichtung mit Reglerstihs<;tzung zu schaffen, bei der die beiden vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Die Pilotregeleinrichtung wird gemäß der Erfindung derart ausgebildet, daß die Reglerstülsetzung erfolgt, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangspegel des Reglers und einer von der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Durch diese Maßnahmen erreicht man, daß das ^r>0 Kriterium für die Reglerstülsetzung nicht mehr vom Ausgangspegel, sondern vom Eingangspegel des Reglers her abgeleitet wird. Der dafür erforderliche Grenzwert wird durch Vergleich zwischen Ausgangspege! und Reglerstellung gewonnen, entsprechend der '' Beziehung: Eingangspegel = Ausgangspegel minus Verstärkung des Pegelreglers. Es wird also, weitgehend unabhängig von der Reglerstellung, immer geregelt, solange der Eingangspegel diesen Grenzwert überschreitet Der Grenzwert wird s;o gewählt, daß er tiefer '" liegt als die Eingangspegel, die als ungestört gelten 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 Pilotregclcinrichtung derart ausbilden, daß eine dem Ausgangspegel des Reglers proportionale Gleichspannung und eine der

Reglerstellung 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 solchen Pilotregeleinrichtung erreicht.

Eine weitere Vereinfachung erhält man dadurch, daß die dem Ausgangspegel proportionale Gleichspannung vom Pilotempfänger der jeweiligen Regeleinrichtung abgenommen wird. Der Differenzverstärker kann vorteilhafterweise ein Operationsverstärker sein.

Die von der Reglerstellung abgeleitete elektrische Größe läßt sich bei Reglern, bei denen eine Einrichtung zur elektrischen Anzeige der Reglerstellung vorhanden ist, derart gewinnen, daß eine der Reglerstellung entsprechende für den Vergleich mit der Reglerausgangsspannung geeignete Spannung von der obengenannten Einrichtung abgeleitet wird.

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

Die so zur Alarmgabe verwendete Aiarmschaiiung kann dabei über ein ODER-Glied zusätzlich vom Ausgangspegel allein angesteuert sein.

Verwendet man zur Verstärkung der aus der Reglerstellung abgeleiteten Größe einen nichtlinearen Gleichstromverstärker und versieht diesen mit einer Gegenkopplung, die eine Diode enthält, die zusätzlich zu einem bereits vorhandenen Gegenkopplungswiderstand bei Überschreiten einer vorgegebenen Spannung einen weiteren Widerstand parallel legt, so erreicht man dadurch, daß die der Reglerstellung entsprechende elektrische Größe annähernd proportional zur Verstärkung des Pegelreglers wird.

Anhand der Ausführungsbeispiele nach den F i g. 1 und 2 sowie der Diagramme nach den F i g. 3 und 4 wird die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild für einen Pegelregler mit Reglerstilisetzung und Stellgrößenspeicherung bei Grenzwertunterschreitung des Eingangspegels. Der Eingangspegel p_e steht am Eingang des Leitungsverstärkers LV, der ein pilotgeregelter Verstärker ist, an. Die trägerfrequente.n Nachrichtensignale werder. über die Leitung L zu einer Pilotauskopplung G geführt, an der der ebenfalls auf der Leitung L mitübertragene Pilotton ausgesiebt wird. Am Ausgang der Pilotauskopplung steht der Ausgangspegel p„ an, der Pilot Pt wird dem Pilotempfänger zugeführt, wo er verstärkt und gleichgerichtet wird. Dieser gleichgerichtete Pilot wird einerseits zum Zwecke der Pegelregelung einem Differenzverstärker DVl zugefünrt, in dem er mit einer Vergleichsspannung U_sou verglichen wird. Andererseits wird der Piiotpegel an den Differenzverstärkern DV2, DV3 und DV4 geführt. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung wird später noch beschrieben.

Das Differenzsignal aus der Soll- und der gleichgerichteten Pilotspannung wird dann dem Regelspeicher RS, der im vorliegenden Fall aus einem Kondensator-Mosfetspeicher besteht, zugeführt. Am Ausgang des Regelspeichers liegt der Umformer U, in dem die Stellgröße für das Stellglied im Leitungsverstärker LV erzeugt wird. Das Stellglied besteht /.. B. aus einem Heißleiter, dem als Stellgröße der im Umformer cr/eugtc Heizstrom /, zugeführt ist.

Wird die Verstärkung des Pcgclrcglcrs mit s bezeichnet, so crg.bt sich für den Ausgangspcgcl die Cileichiing p^-s+p* Am Umformer (/ befindet sich miUerdem noch eine 'jtellprößcnanzcigc SA. Der prinzipielle Verlauf der Regelverstärkung s in Abhängigkeit vom Stellstrom i_s ist in einem kleinen Diagramm unterhalb des Leitungsverstärkers LV in der Fig.! dargestellt

Dem Differenzverstärker DV2, der die Reglerstillsetzung veranlaßt, wird neben der gleichgerichteten Pilotspannung Un auch noch die vom Umformer erzeugte, von der Reglerstellung des Reglers abhängige Spannung U₅ zugeführt. Solange die Pilotspannung Um

i» größer als die zugeführte Spannung U_s ist, wird der dem Regelspeicher RS vorgeschaltete Schalter geschlossen gehalten: Die Regelung ist in Betrieb. Wird jedoch die Pilotspannung Um kleiner als die zugeführte Spannung Us, so entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers

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

Zusätzlich zur Reglerstillsetzung kann dieses Signal auch noch für eine Alarmterung verwendet werden. Dabei soll die Alarmierung sowohl bei Vorhandensein

-ⁿ des vom Differenzverstärker DV2!kommenden Signals als auch beim Unter- und Üb' ichreiten eines Grenzwertes des gleichgerichteten Pi'.ot'.ignals Alarm geben. Dies wird dadurch erreicht, daß sowohl die beiden als Grenzwertgeber arbeitenden Differenzver-

y> stärker DV3 und DVA als auch der Ausgang des Verstärkers DV2 über ein ODER-Gatter OG verknüpft sind. Die strichliert gezeichnete Linie zeigt die Reglerstillsetzungseinrichtung Rst an, während die innerhalb der strichpunktierten Linie gezeigten Schal-

^J" tungsteile zur Alarmierung A gehören.

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

F i g. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer TF-Pegel-

'"· regelung 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 gle'chgerchtet.

'·" Diese Gleichspannung Un wird nun als Maß für den Pilotpegel (Regelgröße) dem Regler DKl zugeführt und dort mit dem Sollwert U,_oii verglichen. Die Differenz der beiden ergibt die Regelabweichung. Diese gelangt durch den Regler DVl verstärkt über den

'"' Relaiskontakt sp und das RC-C\\ed R 1 und C zum Mosfet Ti. Diese Anordnung arbeitet als Speicher für die Reglerstellung bei Reglerstillsetzung.

Der Transistor 7"2 wird vom Mosfet Π angesteuert und liefert den Heizstrom (Stellgröße Y) für den

Vi Heißleiter (Stellglied), der die Verstärkung s im geregelten Gruppenverstärker L Veinstellt.

Der Transistor 73 wird ebenfalls vom Mosfet 7"I gesteuert und erzeugt an dem Spannungsteiler R 5, R 9 eine Spannung (Stellgrößenspannung U₅ genannt), die

■'"' der Reglerstellung 5 proportional, jedoch um 6 dB gegenüber dieser reduziert ist.

i/,=s-6dB

Die Nichtlinearität in der Abhängigkeit der Regler-

^wl stellung s vom Hei°leiterheizstrom Y wird mit der durch den Spannungsteiler R 7/R 8 vorgespannten Diode D kompensiert, so daß sich Rcglerstellung 5 und Slellgrößcnspannung lh weitgehend proportional zueinander verhalten.

Die Stcllgrößenspannung lh und die Pilotspanniinj; Upii { = Ausg.ingspc^'.-I p„) werden im Operator¹ verstärker Ol'2 miteinander verglichen. Sobald die Pilotspannung //;·„■ kleiner wird als die Sicllgrößcnspan-

"iing //,, wird das Spcichcrrelais .S'/> stromlos und der Koniakt sp geöffnet. Dan ι wird die Regelung stillgesetzt und die zuletzt eingestellte Reglerstellung s durch Speicherung der Stellgröße V im Kondensator C am (jäte des Mosfet T1 beibehalten.

Ur,,< IK
bedeutet niH'h der Beziehung

oder da

Um< s - 6 dB

U_r,i=Pm

p., < s - 6 dB

Pj - s < - 6dB
und das bezogen auf den Eingangspegel nach der

Rnjiphiincr

— — ο

Pc < - 6dBN

Dabei ist mit dBN die Abweichung des Pegels :n dB vom Nominalwert bezeichnet. Das bedeutet, daß die Regelung unabhängig vom augenblicklichen Regelzustand dann stillgesetzt und gleichzeitig Alarm gegeben wird, wenn der Fingangspegel p_r = —6 dBN unterschritten wird und damit der Regler mit einem Regelbereich von ±4 dB nicht mehr in der Lage ist. diese Pegelabweichung auszuregeln.

Erst wenn die Pilotspannung Up₁/ ( = Ausgangspegel Pi) wieder größer wird als die Reglerstellungsspannung f'„ oder (auf den Eingangspegel p_e bezogen) der Eingangspegel p_f größer wird als -6 dBN. wird die Regelung durch Schließen des Relaiskontaktes sp wieder in Betrieb genommen und der Alarm gelöscht.

Über den Widerstand R 4 kann am Emitter des Transistors Γ3 der Meßstrom für die Reglerstellungsanzeige entnommen werden. Da in den meisten Fällen eine Reglerstellungsanzeige gefordert wird, zu der der Transistor 7"3 mit seinem Zubehör ohnehin erforderlich ist. beschränkt sich der zusätzliche Aufwand zur Reglerstillsetzung abhängig vom Eingangspegel auf den Verstärker DV2. An den Klemmen 1, 2 kann ein Pilotanzeigegerät angeschlossen werden. Die Regelstellungsanzeige liegt an den Klemmen 3, 4, und die Alarmspannung wird an der Klemme 5 abgenommen.

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

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

ρ = Pilotpegel

Pe = Pegel am Eingang des Reglers

p, = Pegel am Ausgang des Reglers

Pa = Pegel kurz vor einem Pegelsprung

pi = Pegel kurz nach einem Pegelsprung

Pi = Pegel nach beendetem Regelvorgang

s = Verstärkung des geregelten Verstärkers,

Reglerstellung

Sa, Ss = 5 bei Ausfall bzw. Speicherung

Der Regelbereich soll im \oi -liegenden lieispicl mindestens 4 dB und höchstens b tiB nach beiden Seiten, ausgehend von der Rcgelmittc. für die der Wert s — 0 dB angesetzt ist. bei· agen.

An Hand von lie. 3 sei die Anwendung des Diagramms erläutert. Als Beispiel diene ein Regler, bei dem (.lic Stillsetzung vom Ausgangspcgelgrenzwert (gleichzeitig Signalgabe) gesteuert wird. Dabei werden auch dessen Nachteile aufgezeigt.

Zunächst wird das Ausregeln langsamer Pegelände-Hingen betrachtet. Der F.ingangspegel n_e wandere entsprechend den Ordinatenwerten. Durch Spiegelung an der Regelkenn nie (stark ausgezogene Linie) erhält man die für den ausgcregelten Zustand p., -odBN notwendige Regelverstärkung sauf der Abszisse. Bei zu großen Fingangspegelabweichungen kann nicht mehr auf Pa = 0 dBN ausgeregelt werden.

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

Wenn auch der Ausgangspegel mit p,— - 5 dBN noch einen Betrieb der Gruppe gewährleistet, so ist der Eingangspegel nicht mehr als ungestört anzusehen. Allein das Grundgeräusch der Gruppe ist 12,5mal so hoch wie normal.

Bei Pegelsprüngen ergibt sich folgendes:

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

p_m= + 1.5 dBN sei mit S₀= - 1.5 dBN auf p, = 0dBN ausgeregelt. Nun folge ein Sprung auf p„ = -3 dBN. Zusammentreffend auf Punkt B. Dieser liegt im Toleranzbereich der Signalisierung. Es gibt zwei Möglichkeiten:

a) Kein Alarm und Weiterregeln auf Punkt C mit Si= +2.9 dBN auf p_a2— -0,1 dBN, wie gewünscht, da p_n noch in Ordnung ist oder

b) Alarm und Stillsetzung bei Si = — LSdBN auf Pi — — 4,5 dBN. Der Regler sollte v>. eiterregeln, da p_n = -3 dBN in jedem Falle noch gut auf Pz₁ =ä 0 dBN ausgeregelt werden könnte.

Als nächstes soll die Wiederkehr nach Ausfall erläutert werden.

Pe₀=+3 dBN eingeregelt mit S_n= -3 dBN auf P^ = OdBN. Tritt nun Totalausfall ein. kommt Alarm; 5b bleibt auf -3 dBN. Bei Wiederkehr auf p_n = -2 dBN ist weiterhin Alarm und der Regler läuft nicht an, obwohl der Eingangspegel völlig normal ist. Der Regler ist blockiert.

Wird

+ 6 dBN - S₀ =-5,8 dBN
p_n = + 2,5 dBN.

Selbst dann springt die Regelung nicht mit absoluter Sicherheit an, siehe Punkt D.

Das Diagramm von F i g. 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 Eingangspege! p_e richtet. Danach wird bei Eingangspegeln oberhalb dieser Kurve geregelt, unterhalb dieser Kurve stillgesetzt, gespeichert und

alarmiert. Wegen der Siimmicrung der nicht korrclierenden Toleranzen in den Beziehungen IJ,= /'(Stellstromes) und s — g (.Stellstromes) muß für die Grenzkurve eine Gesamttoleran/. von p_r = -4 ... -8 dRN zugelassen werden.

Solange der Eingangspegel -4dBN überschreitet, wird auf jeden Fall geregelt; denn solche Pegel könnten auch irr,,· er, selbst bei minimalem Regelbereich, ausgeregek werden (siehe Punkt F). Eine Blockierung ist nicht mehr möglich, solange der Eingangspegel -4dBN überschreitet, siehe Punkt G. Rege'ii von G nach F,bei G'Alarmlöschung.

Bei l'.ingangspcgcl unter — BdBN wird mit absoluter Sicherheit alarmiert und die Regelung stillgesetzt. Bei -7.9 dBN könnte noch bis auf p„= -3,9 dBN und höher ausgcregelt werden, ohne Alarmgabe, siehe Punkt H.

Die Vorteile des crfindungsgcmäßcn Reglers treten deutlich hervor, wenn man Punkt G mit D einerseits, und Punkt //mit Λ andererseits vergleicht.

Da nunmehr 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

308109/36

Claims

Patentansprüche:

1. Pilotregeleinrichtung für Nachrichtenübertragungssysteme, bei der bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes der Regler stillgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglerstillsetzung erfolgt, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangspegel des Reglers und einer von der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe den vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Z Pilotregeleinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Ausgangspegel des Reglers proportionale Gleichspannung und eine der Reglerstellung analoge Gleichspannung einem Differenzverstärker zugeführt sind und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers als Kriterium für die Reglerstülsetzung verwendet ist.

3. Pilotregeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Ausgangspegel proportionale Gleichspannung vom Pilotempfänger der jeweiligen Regeleinrichtung abgenommen ist

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

5. Pilotregeleinrichlung nacii einem der vorhergehenden Anspi üche, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Reglern vorhandene Einrichtung zur elektrischen Anzeige der Reglerstellung so erweitert ist, daß eine der Reglerstellung entsprechende, für den Vergleich mit der Reglerausgangsspannung geeignete Spannung gewonnen wir „

6. Pilotregeleinrichtur^ nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ι kennzeichnet, daß das Kriterium für die Reglerstülsetzung zugleich für eine Alarmgabe verwendet wird.

7. Pilotregelemrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Alarmgabe verwendete Alarmschaltung über ein ODER-Glied zusätzlich vom Ausgangspegel direkt angesteuert ist.

8. Pilotregeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der aus der Reglerstellung abgeleiteten elektrischen Größe ein nichtlinearer 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.