DE2311887C3 - Schaltungsanordnung zum gesicherten Zählen von Impulsen nach dem Dualzahlensystem in digitalen Datenverarbeitungsanlagen, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum gesicherten Zählen von Impulsen nach dem Dualzahlensystem in digitalen Datenverarbeitungsanlagen, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, unter Verwendung von zwei die gleiche Information verarbeitenden Akkumulatoren, die je aus einem arithmetischen Rechenwerk in Verbindung mit einem n-stufigen Umlaufregister bestehen, dessen in η Binärstufen enthaltene Zählinformation unter Verarbeitung eines Zählimpulses nach η Verschiebeimpulsen ausgelesen und um eins vermehrt oder vermindert wieder in das

Umlaufregister zurückgeschrieben wird.

Die moderne Technik erfordert zum Steuern von den verschiedensten Betiiebsabläufen Zählvorgänge, für die vielfach erhöhte Sicherheitsanforderungen hinsichtlich einer oidnungsgerechten Bestimmung des Zählerergebnisses gefordert werden. Dies betrifft beispielsweise besonders bei kernphysikalischen Messungen zu.

Im Eisenbahnsicherungswesen werden zur Frei- und Besetztmeldung von Streckenabschnitten Achszählanlagen eingesetzt an die ebenfalls hohe Sicherheitsanforderungen gestellt werden. Diese Achszählanlagen bestehen vielfach aus je einem ortsfesten Streckengerät mit mindestens je zwei in Fahrrichtung hintereinander angeordneten impulsgebern am Anfang und am Ende des zu überwachenden Streckenabschnittes.

Die Impulsgeber werden bei den die Zählstelle passierenden Fahrzeugachsen nacheinander beeinflußt und geben dabei jeweils zwei einander zeitlich sich überlappende Impulse ab. Diese werden zum Bestimmen der jeweiligen Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeuges ausgewertet und in einen richtungsabhängigen Zählimpuls umgewandelt Dieser Achszählimpuls dient dann als Ein- oder Auszählimpuls für die Achszählanlage.

Im tllgemeinen brauchen diese Achszählanlagen kein absolutes Zählergebnis zu liefern. Wenn jedoch die einzelne Zählstelle für übergeordnete zentrale Aufgaben eine exakte Meldung über die jeweilige Achszahl ermitteln muß, ist es sehr wichtig, daß derartige Achszählanlagen bei etwaigen Defekten oder ähnlichen Störungen keine Achszahlwerte ausgeben, die zu betriebsgefährdenden Entscheidungen führen könnten.

Ein fehlersicherer Aufbau von Zählwerken setzt in der Regel Spezialanfertigungen von elektronischen Bauteilen bzw. Baugruppen voraus, die einen hohen wirtschaftlichen Aufwand erfordern. Wenn beispielsweise Zählschaltungen zum Einsatz kommen sollen, die in handelsüblicher TTL-Technik aufgebaut sind, muß aus Sicherheitsgründen auf jeden Fall eine übliche Verdopplung der Zählwerke und eine Prüfung auf gleiches Verhalten vorgenommen werden (vgl. DT-AS 1 132 972). Hierbei besteht jedoch immer noch eine unerwünschte Gefährdungswahrscheinlichkeit dadurch, daß in den beiden, in gleicher Weise beanspruchten Zählschaltungen genau an den gleichen Stellen übereinstimmende Fehler auftreten, die sich also gegenseitig verdecken und damit nicht erkannt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum gesichert«.;] Zählen von Impulsen nach dem Dualzahlensystem zu schaffen, die in handelsüblicher TTL-Technik zu realisieren ist unter Verwendung von Akkumulatoren, die aus einem Rechenwerk für arithmetische Operationen in Verbindung mit einem mehrstufigen Umlaufregister bestehen. Diese bekannten Recheneinrichtungen in Verbindung mit Akkumulatoren sind im Buch von A. P. S ρ e i s e r mit dem Titel »Digitale Rechenanlagen«, erschienen im Springer-Verlag 1961, auf den S. 179 und 180 näher beschrieben. Wenn zu einer in einem Akkumulator befindlichen Zahl eine weitere addiert werden soll, wird die im Umlaufregister des Akkumulators befindliche Zahl durch eine Anzahl von Taktimpulsen ausgelesen und m das arithmetische Rechenwerk eingegeben, das unter Summenbildung die neu gewonnene Zahl in das Umlaufregister wieder rückspeichert Ein entsprechender Funktionsablauf ist gegeben, wenn die im Akkumulator enthaltene Zahl um eins vermindert werden soll.

Die Verwendung dieser bekannten Akkumulatoren

als Zähler auf technischen Gebieten mit hohen Sicherheitsanforderungen ist nicht ohne weiteres gegeben, auch dann nicht, wenn zwei Akkumulatoren in Verbindung mit einer Vergleichseinrichtuag eingesetzt werden, wie bereite oben näher erläutert wurde, da trotz- dem noch eine unerwünschte Gefährdungswahrscheinlichkeit besteht

Der Erfindung liegt also weiterhin die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung zum gesicherten Zählen so zu konzipieren, daß sich etwaige gleiche Fehler an gleichen Stellen der beiden verwendeten Akkumulatoren rechtzeitig erkennen lassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Umlaufregister um eine zusätzliche Stufe erweitert sind und ein gesondertes Umlaufregister vorgesehen ist mit derselben Stufenzahl wie die anderen beiden Umlaufregister, das zusamme*! mit den Umlaufregistern der Akkumulatoren gleichsinnig fortschaltbar ist, wobei nur für die zusätzliche Stufe des einen Unilaufregisters sowie für die entsprechende Stufe des gesonderten Umlaufregisters je ein Eingang für ein Prüfbit vorgesehen ist, daß an die Ausgänge der zusätzlichen Stufe des Umlaufregisters mit dem Eingang für das Prüfbit und des gesonderten Umlauf registers ein UND-Glied angeschlossen ist zum Auslösen eines ersten Obereinstimmungssignals beim gleichzeitigen Vorhandensein der Prüfbits in den zusätzlichen Stufen des einen Umlaufregisters und des gesonderten Umlaufregisters, daß an die Ausgänge der Umlaufregister mit den Prüfbits ein Exklusiv-ODER-Glied ange- schlossen ist, dessen Ausgang und der Ausgang des anderen Umlaufregisters mit einem Vergleicher für ein zweites Übereinstimmungssignal bei übereinstimmenden Werten der Ausgangssignale verbunden ist, und daß vom Vorhandensein beider Übereinstimmungssignale die Aufgabe eines Schaltsignals für auszulösende Vorgänge abhängig gemacht ist

Beispielsweise kann das Schaltsignal in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, daß eine Auswertung der Zählinformation eines der beiden Akkumulatoren nur bei vorhandenem Schaltsignal erfolgt Es ist aber auch möglich, eine für die Akkumulatoren erforderliche Taktstromversorgung nur dan aufrechtzuerhalten, wenn nach einem Startvorgang das Schaltsignal erscheint Dadurch ist in vorteilhafter Weise gewährlei- stet daß bei beliebigen Funktionsstörungen, bei denen eines der beiden Übereinstimmungssignale ausfällt die Akkumulatoren im sicheren Sinne wirken und höchstens eine Betriebshemmung auslösen können. Wesentlich ist jedenfalls für den Erfindungsgedanken, daß das zusätzliche Umlaufregister sich insofern von den Umlaufregistern der beiden Akkumulatoren unterscheidet, daß dieses nur durch das Prüfbit belegt ist und im Betriebsfall nicht durch eine Zählinformation.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft im Hinblick SS auf eine erhöhte Sicherheit ist es, das zusätzliche Umlaufregister gegenüber denjenigen Umlaufregistern der beiden Akkumulatoren in einer anderen Technik aufzubauen. Dann wird die Wahrscheinlichkeit eines Doppelfehlers in dem zusätzlichen Umlaufregister und dem zum Vergleich herangezogenen Umlaufregister des einen Akkumulators besonders gering, da sich die beiden Baugruppen nicht nur hinsichtlich der zu verarbeitenden Informationen sondern auch im Hinblick auf die verwendete Elektronik unterscheiden.

Eine vorteilhafte und bevorzugte Verknüpfung der beiden Übereinstimmungssignale wird durch eine Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielt daß das

erste Übereinstimmungssignal des UND-Gliedes auf ein Zähl-Flipflop geführt ist, dessen Ausgangssignal galvanisch getrennt und gleichgerichtet ein weiteres UND-Glied steuert das. außerdem mit dem das zweite Übereinstimmungssignal liefernden Vergleicher verbunden ist

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt schematisch zwei Akkumulatoren Al und /42, die je aus einem arithmetischen Rechenwerk RWl bzw. RWl und aus einem diesem Rechenwerk nachgeschalteten mehrstufigen" Umlaufregisfer URl und 1JR2 bestehen. Zur Vereinfachung der Darstellungsweise ist angenommen worden, daß die Umlaufregister URX und UR2 zum Speichern der höchst vorkommenden Zählinformation mit drei Stufen URtQ. URIt und URt2 beim Umlaufregister URi bzw. UR20, UR2\ und URH beim zweiten Umlaufregister UR2 auskommen. Im Nonrialfall benötigen die beiden Umlaufregister URl und UR2 wesentlich mehr Stufen als drei. Die durch die beiden Umlaufregister speicherbaren Zählinformationen bestehen also aus drei binären Kennzeichen mit Stellenwerten im Dualzahlensystem von null bis zwei. Die einzelnen Binärkennzeichen dieser Wertigkeiten sind bei vollkommen abgespeicherter Zälilintormation in den Stufen LJRiO, URl I und UR12 des Umlaufregisters URl bzw. in den Stufen UR20, UR21 und UR22 des anderen Umlaufregisters UR2 enthalten.

Für beide Umlaufregister URX, UR2 ist noch eine zusätzliche Stufe UR13 bzw. UR23 vorgesehen, die nicht für Zählzwecke benötigt wird.

Über die Klemmen KPl bzw. KPl oder KMl bzw. KMl erhalten die Rechenwerke RWl bzw. RWl Zählimpulse, die im Rahmen einer Addition bzw. Subtraktion verarbeitet werden. Da die beiden Akkumulatoren Al und Al taktgesteuerte Recheneinrichtungen darstellen, die für jeden arithmetischen Rechenvorgang eine Anzahl von Taktimpulsen erfordert, die mit der Stufenzahl der Umlaufregister URl bzw. URl übereinstimmt, erhalten die Akkumulatoren AX und Al einen Verarbeitungstakt, der über die Klemme TT zugeführt wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist darauf abgestellt daß der Verarbeitungstakt unabhängig von irgendwelchen Zählimpulsen ständig vorhanden ist Eine im Umlaufregister URX des Akkumulators AX bzw. eine im Umlaufregister UR2 des Akkumulators Al enthaltene Zählinformation kann über die Leitungen LX bzw. 12 ausgegeben werden.

Mit UR3 ist ein zusätzliches Umlaufregister bezeichnet das ebensoviel Stufen hat wie die beiden Umlaufregister URl und URZ Dieses Umlaufregister kann aus einem beliebigen in Ring geschalteten Schieberregister bestehen, vorzugsweise in einer anderen Technik als die beiden Umlaufregister URX und URl. Wesentlich ist für dieses Umlaufregister UR3, daß in diesem keine Zählinformation vorhanden ist, sondern ausschließlich ein beispielsweise über die Eingangsklemme EPl eingegebenes Prüfbit umläuft. Das zyklische Fortschalten des Umlaufregisters URi erfolgt durch denselben Verarbeitungstakt, der auch die Akkumulatoren Al und Al steuert. Zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt beispielsweise vor Inbetriebnahme der gesamten Schaltungsanordnung, wird nicht nur über den Eingang EPl ein Prüfbit in das Umlaufregister UR3 eingegeben, sondern ebenfalls auch ein Prüfbit über die Eingangsklemme EPl der Stufe t/Ä13des Umlaufregisters URU.

Wenn zu dem Zeitpunkt der Prüfbit-Eingabe in die Umlauf register URi und URl noch kein Zählimpuls eingegeben wurde, so daß die Zählinformation also den Wert 0 hat, laufen unter Berücksichtigung des Verarbeitungstaktes nur in den beiden Umlaufregistern URX und URi je ein Prüfbit um.

Ausgangsseitig sind die Umlaufregister URi und UR3 mit einem Exklusiv-ODER-Glied verbunden, an das ein Vergleicher VR angeschlossen ist. Dieser ist an dererseits mit dem Ausgang des Umlaufregisters UR2 des zweiten Akkumulators Al verbunden. An die Ausgänge der für die Umlaufregister URi und URi vorgesehenen zusätzlichen Stufen URH und URii ist ein UND-Glied UGi angeschlossen, das ein Zähl-Flipflop KE mit dynamischem Eingang steuert, derart, daß bei jeder Vorderflanke eines vom UND-Glied UGi abgegebenen ersten Übereinstimmungssignals das Zähl-Flipflop KE aus dem bestehenden Schaltzustand in den anderen stabilen Zustand gesteuert wird. An einen Ausgang des Flipflops KE ist über einen zur galvanischen Trennung vorgesehenen Transformator TR sowie eine Gleichrichterschaltung GR der eine Eingang eines weiteren UND-Gliedes UGl angeschlossen. Der andere Eingang dieses Verknüpfungsgliedes UGl ist mit dem Ausgang des Vergleichers VR verbunden und erhält hiervon solange ein zweites Übereinstimmungssignal wie der Vergleicher VR an seinen Eingängen übereinstimmende Binärsignale vom Wert 0 oder L erhält.

Zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung wird zunächst wie oben angenommen, daß die beiden Umlaufregister URi und URl der beiden Akkumulatoren Ax und Al noch keine Zählinformation enthalten und daß sich das Prüfbit der beiden Umlaufregister URi sowie URi in deren Stufen URiQ bzw. URiO befindet und ausgelesen wird. Das Prüfbit des Umlaufregisters URi gelangt dabei mittelbar über das Rechenwerk RWi in die Stufe 1/R13, während das Prüfbit des Umlaufregisters URi unmittelbar in die mit der Stufe UR30 verbundene Stufe UR33 gelangt. Auf Grund der Signaläquivalenz an den beiden Eingängen des Exklusiv-ODER-Gliedes EOD gibt dieses an den Vergleicher VR ein Signal ab, dessen Wert mit dem Wert desjenigen Signals übereinstimmt, das von der Stufe 17R20 des Umlaufregisters UR20 abgegeben wird. Der Vergleicher VR stellt dementsprechend Übereinstimmung fest und gibt über seine Ausgangsleitung an das zweite UND-Glied UGl das Übereinstimmungssignal ab.

Beim voraussetzungsgemäßen Fortschalten der beiden Prüfbits in den Umlaufregistern URi und UR2 aus der Stufe URi3 in die Stufe UR12 bzw. aus der Stufe UR33 in die Stufe UR32 gibt das UND-Glied UGi wegen der festgestellten Signalübereinstimmung sein ÜbereinstimmungssignaJ an das Zähl-Flipflop KE ab. Es ist leicht einzusehen, daß bei ständigem gleichartigem Umlauf der beiden Püfbits in den Umlaufregistern URX und URX also bei dynamischem Prüfbetrieb ohne jegliche betriebsmäßige ZähUnformationen, von der Gleichrichterschaltung GR eine Spannung abgegeben wird, die zum ständigen Vorbereiten des UND-Gliedes UG2 dient Da, wie bereits kurz erläutert, der Vergleicher VR bei ordHungsgerechtem Betrieb der beiden Umlaufregister URi und UR2 auch ohne eine umlaufende Zählinformation ein aktives Übereinstimmungssignal an das UND-Glied UGl abgibt, steht an dessen Ausgang ein Schaltsignal zur Verfügung, das für beliebige, auszulösende Vorgänge verwendet werden kann, beispielsweise zum Aufrechterhalten der Taktstromversorgung.

Unter der Annahme, daß keiner der beiden Akkumulatoren 41 und Al eine Zählinformätion verarbeitet daß sich also die doppelt ausgelegte Zählschaltung noch in einer Art Wartestellung befindet, soll einmal angenommen werden, daß infolge eines Defektes das Prüfbit im Umlaufzähler UR3 verschwindet. Diese Tatsache würde spätestens nach einem Umlauf des Prüfbits im anderen Umlaufregister URi durch das UND-Glied UGi festgestellt und durch Nichtauslösen des zeitlich an dieser Stelle erwarteten Übereinstimmungssignals gemeldet. Dieser Fehler würde sich bei jedem der nachfolgenden Umläufe des Prüfbits im Umlaufregister URi wieder bemerkbar machen, so daß das vorher bei ordnungsgerechtem Zustand der Zählschaltung vom UND-Glied UGl abgegebene Schaltsignal entfällt.
Derselbe Fehler, also ein fehlendes oder ein fehlerhaft fortgeschaltetes Prüfbit beim Umlaufregister URi macht sich noch stärker bemerkbar, indem nicht nur die Übereinstimmungssignale des UND-Gliedes UGi, sondern auch noch diejenigen Übereinstimmungssignale entfallen, die vom Vergleicher VR bei ordnungsgerechtem Betrieb ausgegeben werden.

Wenn nach der Eingabe von Zählimpulsen über die Klemmen KPi und KPl der beiden Akkumulatoren Ai und Al übereinstimmende Zählinformationen gleichsinnig zyklisch umlaufen, ändert sich an dem oben beschriebenen Prüfbetrieb im Hinblick auf das UND-Glied UGi und den Vergleicher VR im Prinzip nichts. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß sich bei einer momentanen Betrachtung die beiden Prüfbits in den Stufen 1/R12 und URXl der beiden Umlauf register URi und UR3 befinden und daß ferner in den Stufen URiO und UR2Q der Umlaufregister URi und URl wegen der als vorhanden angenommenen Zählinformationen je ein L-Signal befindet, gibt das Exklusiv-ODER-Glied EOD beim Auslesen der Stufen URiO und URiO ein Ausgangssignal mit dem Wert L an den Vergleicher VR ab. Dieses L-Signal stimmt mit demjenigen überein, das gleichzeitig mit dem Auslesen der Stufe URiO des Umlaufregisters URi von der Stufe 1/R20 des Umlaufregisters UR2 abgegeben wird. Somit werden dem Vergleicher VR auch in diesem FaD Signale zugeführt, die in ihrem Wert übereinstimmen, so daß nach wie vor ein diesbezügliches Übereinstimmungssignal an das UND-Glied UGl abgegeben wird, so daß dessen ausgegebenes Schaltsignal keine Unterbrechung erfährt

In bevorzugter Weise wird diejenige Zählinformätion zur Weiterverarbeitung verwendet, die vom Akkumulator /41 ausgegeben wird. Der Grand hierfür ist der, daß eine Störung des Akkumulators Ai unabhängig von einer eingegebenen Zählinformation ermittelt werte den kann, während dies beim Akkumulator Al erst dann der Fall fet, wenn eine vom Rechenwerk RWl m das Umlaufregister UR2 eingegebene Zähfinformation umläuft

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum gesicherten Zählen von Impulsen nach dem Dualzahlensystem in digita- s Ien Datenverarbeitungsanlagen, insbesondere für Eisenbahnsicherungsanlagen, unter Verwendung von zwei die gleiche Information verarbeitenden Akkumulatoren, die je aus einem arithmetischen Rechenwerk in Verbindung mit einem η-stufigen Umlaufregister bestehen, dessen in π Binärstufen enthaltene Zählinformation unter Verarbeitung eines Zählimpulses nach η Verschiebeimpulsen ausgelesen und um eins vermehrt oder vermindert wieder in das Umlaufregister zurückgeschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umlaufregister (URi, UR2) um «ine zusätzliche Stufe (URXX UR23) erweitert sind und ein gesondertes Umlauf register (URS) vorgesehen ist mit derselben Stufenzahl wie die anderen beiden Umlaufregister (URi. WQ), das zusammen mit den Umlaufregistern (URl, UR2) der Akkumulatoren (Ai, Al) gleichsinnig fortschaltbar ist wobei nur die zusätzliche Stufe (LWl3) des einen Umlaufregisters (URi) sowie für die entsprechende Stufe (WÖ3) des gesonderten Umlauf registers (UR3) je ein Eingang (En, EP2) für ein Prüfbit vorgesehen ist daß an die Ausgänge der zusätzlichen Stufe (URM bzw. UR33) des Umlauf registers (URi) mit dem Eingang (EPi) für das Prüfbit und des gesonderten Umlaufregisters (URS) ein UND-Glied (UGi) angeschlossen ist zum Auslösen eines ersten Obereinstimmungssignals beim gleichzeitigen Vorhandensein der Prüfbits in den zusätzlichen Stufen (URXX UR33) des einen Umlauf registers (URi) und des gesonderten Umlaufregisters (WQ), daß an die Ausgänge der Umlaufregister (WM, WQ) mit den Prüfbits ein Exklusiv-ODER-Glied (EOD) angeschlossen ist dessen Ausgang und der Ausgang des anderen Umlaufregisters (WQ) mit einem Vergleicher (VR) für ein zweites Übereinstimmungssigna! bei übereinstimmenden Werten der Ausgangssignale verbunden ist und daß vom Vorhandensein beider Übereinstimmungssignale die Ausgabe eines Schaltsignals für auszulösende Vorgänge gemacht ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das erste Übereinstimmungssignal des UND-Gliedes (UGi) auf ein Zähl-Flipflop (KE) geführt ist dessen Ausgangssignal galvanisch getrennt und gleichgerichtet ein weiteres so UND-Glied [UGl) steuert das außerdem mit dem das zweite Übereinstimmungssignal liefernden Vergleicher (VR) verbunden ist