DE2364590A1 - System zur anzeige der lage eines langgestreckten koerpers - Google Patents

Description

DiPL.-ΐΝΘ. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 ■ Schadow platz 9

Düsseldorf, 19. Dez. 1973 44_fO67-A
73171

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. Ά.

System zur Anzeige der Lage eines
langgestreckten Körpers

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein neues digitales tibertragungssystem für die Aussendung und Rückgewinnung einer Mehrzahl diskreter, unabhängig kodierter Signale, und insbesondere auf ein neues digitales Lageanzeigesystem zur Wiedergabe der Relativlage eines beweglichen Elementes im Verhältnis zu feststehenden bekannten Koordinaten.

Es gibt eine große Anzahl Anwendungsfalle, die die überwachung eines beweglichen Körpers an einer ausgedehnten entfernten Stelle erfordern, wobei die übertragung zwischen der Überwachungsstelle und dem Körper einer extrem "feindlichen" Umgebung ausgesetzt ist. Beispielsweise ist es auf dem Kernreaktorgebiet notwendig, die Lage von Steuerstäben innerhalb eines Reaktorkerns zu überwachen, um das Leistungsgleichgewicht eines Kernreaktors zu steuern. Der Ausdruck "Steuerstäbe" umfaßt im vorliegenden Zusammenhang alle Körper, die innerhalb des Reaktors angeordnet sind und dessen

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Reaktivität ändern. Der Ausdruck "Steuerstäbe" umfaßt somit auch Stäbe, die anderen Zwecken außer einer normalen Steuerung dienen. Die Verwendung des Wortes "Stab" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als mit "Steuerstab" synonym anzusehen.

Die Steuerstäbe sind in der Nähe von Kernreaktor-Brennstoffelementen angeordnet, die spaltbares Kernreaktormaterial enthalten. Allgemein ist die Anzahl der stattfindenden Brennstoffatom-Spaltungen um so größer, je größer die Anzahl der Neutronen in dem reaktiven Bereich des Reaktors ist, und dementsprechend ist dann auch die freigegebene Energiemenge größer. Energie wird in der Form von Wärme aus dem reaktiven Bereich mittels eines Kühlmittels abgeführt, das durch diesen Bereich strömt und dann zu einem Wärmeaustauscher gelangt, wo die Wärme des Reaktorkühlmittels verwendet wird, um Dampf für den Antrieb von Turbinen zu erzeugen und damit Wärmeenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Um die Energieabgabe des Kernreaktors zu verringern, werden die aus neutronenabsorbierendem Material bestehenden Steuerstäbe in den reaktiven Bereich eingeführt, der allgemein als der Kernreaktorkern oder auch Core bekannt ist. Je größer die Anzahl der Steuerstäbe ist und je weiter die Steuerstäbe in den reaktiven Bereich eingeführt werden, desto größer ist die Anzahl der absorbierten Neutronen, so daß die Energieabgabe des Reaktors entsprechend abnimmt. Soll andererseits die Energieabgabe des Reaktors erhöht werden, so werden die Kernreaktor-Steuerstäbe aus dem reaktiven Bereich herausgezogen, so daß die Ansahl der absorbierten Neutronen entsprechend abnimmt, die Anzahl der Spaltungen ansteigt und damit auch die vom. Reaktor abgegebene Energie wächst. Für Druckwasser-

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reaktoren ist es äußerst wichtig, die genaue Lage der einzelnen Steuerstäbe zu kennen. Unterschiede von mehr als 38 cm zwischen benachbarten Stäben werden als unsicher angesehen. Hinzu kommt, daß die Kenntnis der Lage der Stäbe in Abhängigkeit von der abgegebenen thermischen Leistung eine Anzeige für den Zustand des Reaktors und damit den Grad des Brennstoffverbrauchs gibt. Daher müssen extrem zuverlässige Steuerstab-Antriebs- und -Lageüberwachungssysteme verwendet werden, um den sicheren und zuverlässigen Betriebszustand des Reaktors aufrechtzuerhalten.

Ein System, wie es gegenwärtig Verwendung findet, um Steuerstäbe abzusenken und anzuheben, verwendet einen elektromechanischen Aufbau vom Manteltyp, der mit einer Mehrzahl elektrischer Spulen arbeitet, um die einzelnen Steuerstäbe in dem Reaktor inkrementell einzufahren bzw. abzuziehen. Ein solches System ist weiter ins einzelne gehend beispielsweise in der US-PS 3 158 766 - E. Frisch beschrieben, die auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgeht.

Die Steuerstäbe bewegen sich innerhalb eines Druckbehälters und sind an Antriebsstäbe angeschlossen, die inkrementell mittels eines Antriebsmechanismus wie dem magnetischen Mantelmechanismus nach der vorgenannten US-PS in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung bewegt werden können. Die Antriebsstäbe erstrecken sich in Längsrichtung durch den Druckbehälter längs der Bewegungsachse der Steuerstäbe bis in die abgedichtete, unter Druck stehende Umgebung der Steuerstab-Führungsgehäuse. Da es äußerst wichtig ist, die Dichtheit des Druckbehälters unversehrt zu halten, werden mechani-

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sehe Durchführungen auf einem Minimum gehalten, um die Wahrscheinlichkeit eines Verlustes des darin befindlichen, unter Druck stehenden Stoffes zu verringern. Dementsprechend sind keine mechanischen Durchführungen zugelassen, um die Relativlage der Steuerstäbe innerhalb des Reaktor-Cores zu erfassen. Da es sehr schwierig wäre, die jeweilige Ist-Lage der Steuerstäbe zu erfassen, hat es sich eingebürgert, die Lage der Antriebsstäbe zu ermitteln, die damit gekoppelt sind, und dann die Antriebsstab-Position in die entsprechende Lage des Steuerstabes in dem Kern des Reaktorbehälters zu "übersetzen".

Es ist eine Vielzahl Systeme entwickelt worden, um die Antriebsstab-Position zu erfassen (vgl. z. B. GB-PS 1 313 474), jedoch weisen solche Systeme eine gewisse Abhängigkeit von der Temperatur, Stab-Magnetisierung, Permeabilität des Stabes-, Spannung sowie Frequenz der Energieversorgung auf. Ferner sind solche Systeme unweigerlich Störungen von benachbarten Steuerstäben und Antriebsmechanismen ausgesetzt.

Weiter hat die übertragung der resultierenden Abtastsignale durch die Reaktorbehälter-"Umgebung" an den Kontrollraum zwecks Beobachtung durch den Reaktöranlagen-Operator infolge der auftretenden ungünstigen Bedingungen ein extrem schwieriges Problem dargestellt." Eine zuverlässige Anzeige der abgetasteten Lage bleibt praktisch ohne jeden Wert, sofern keine genau arbeitende Einrichtung zur übertragung dieser Information von der Behälter-"Umgebung" zu dem Kontrollraum zur Verfügung steht, der sich normalerweise in einem gesonderten Gebäude befindet.

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Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung einer verbesserten Anordnung zur Anzeige der Stabposition, mit der sich die Position des Antriebsstabs mit einer vorgegebenen Genauigkeit erfassen läßt, unter gleichzeitiger Einhaltung eines hohen Maßes an Unempfindlichkeit gegenüber externen Einflüssen. Ferner soll Redundanz gegeben sein, um für einen Schutz gegen den Verlust eines gesamten Positionsanzeigesystems infolge einer Fehlfunktion zu sorgen*

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein System zur Anzeige der Lage eines langgestreckten, mit einem Freiheitsgrad längs seiner Längsachse beweglichen Körpers erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Mehrzahl gegenseitig versetzter, tandemartig neben der Längsachse des beweglichen Körpers in zwei diskreten Gruppen angeordneter Fühlerelemente zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale sowie durch eine Einrichtung zum Vergleich und zur selektiven Auswertung der elektrischen Ausgangssignale, um so die Lage des beweglichen Körpers relativ zu den Fühlerelementen anzuzeigen.

Erfindungsgemäß werden dabei auch Redundanzsysteme vorgesehen, die eine Mehrzahl im wesentlichen gleicher Ausgangssignale an einen gemeinsamen Signalkanal liefern, insbesondere an solche Systeme, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit über gemeinsame Bereiche des Systems erfordern, die von der Mehrzahl der Ausgangssignale gemeinsam beaufschlagt werden. Bei vielen Systemen, die mit einer Mehrzahl Signalkanäle arbeiten, die im wesentlichen gleichartige Signale übermitteln, hauptsächlich aus Gründen der Redundanz, wird der erzielte Vorteil häufig in gemeinsamen Abschnitten des Systems

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am Abschluß der Signalkanäle verloren. Eine weitere Erhöhung der Redundanz bezüglich der gemeinsamen Segmente des Systems führt normalerweise zu einer Beeinträchtigung der Stabilität des Systems sowie zu einer Erhöhung der Wahrscheinlichkeit, daß es zu Störungen einzelner Bauteile kommt. Die Erfindung sorgt demgegenüber für eine verbesserte Form der Redundanz, durch die die Zuverlässigkeit erhöht wird, ohne daß eine Beeinträchtigung der Systemstabilität in Kauf genommen werden müßte.

Entsprechend einer etwas abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung sind zwei Fehlerelementgruppen/ die Spulen enthalten können, je Element vorgesehen, die dann das oben erwähnte Fühlersystem bilden. Die beiden Gruppen sind im Verhältnis zueinander versetzt, und die Signale jeder Gruppe werden in gleicher Weise in gesonderten, unabhängigen Signalkanälen verarbeitet. Die Signale in den einzelnen Kanälen enthalten die information, die benötigt wird, um die Lage eines Elements innerhalb einer Hälfte der Auflösung des Gesamtsystems anzuzeigen. Diese Information wird de-multiplext und innerhalb des Steuersystems zusammengefaßt, um eine volle Auflösung der Lage des Elements zu erhalten.

Zusätzlich kann ein Fehlererfassungssystern, das mit jedem Signalkanal kompatibel ist, vorgesehen sein„ um elektrische Fehlfunktionen zu überwachen und. beeinträchtigte Signale zu blockieren, so daß an deren Stelle eine Fehleranzeige geliefert wird. Dieses Fehlersignal kann ausgewertet werden, um die genaue Lage der Fehlfunktion in dem Positionsanzeigesystem anzugeben. Eine Fehlfunktiqn in einem Kanal führt daher zu keinem Ausfall des Systems oder

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zu einer Verringerlang des Wahrheitsgehalts der übermittelten Information, sondern lediglich zu einer Verringerung der Auflösung der Positionsdaten.

Erfindungsgemäß ist ferner eine "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungsanordnung vorgesehen, um die Gültigkeit gemeinsamer Sammelleitungs-Ausgangssignale in redundanten Systemen sicherzustellen, die eine Mehrzahl von mindestens drei im wesentlichen gleichen Ausgangssignalen an einen gemeinsamen Sammel-Signalkanal abgeben. Die Mehrzahl der Ausgangssignale wird verglichen, um die Anwesenheit einer entsprechenden Differenz in den Signalniveaus zu bestimmen. Eine mangelnde Übereinstimmung in entsprechenden Signalniveaus ist repräsentativ für einen Fehler in dem die Differenz aufweisenden Teil des Systems. Wird eine Differenz erfaßt, so wird der diese Differenz führende Ausgang von der gemeinsamen Sammelleitung abgetrennt, während die übrigen Ausgangssignale zu dieser übermittelt werden.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel werden, wenn mehr als ein Ausgang eine Differenz aufweist, die nicht in Übereinstimmung stehenden Ausgänge von der gemeinsamen Sammelleitung in einer vorgegebenen Prioritäts-Reihenfolge von der gemeinsamen Sammelleitung abgetrennt. Sofern dies gewünscht wird, kann dafür gesorgt werden, daß ein Abtrennen des letzten Ausgangs von der gemeinsamen Sammelleitung innerhalb der Prioritätsfolge verhindert wird.

Entsprechend einer weiter abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung ist eine "Mehrheitsbeschlußbildung" für ein zweites Niveau

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am Abschluß der gemeinsamen Sammelleitung vorgesehen. Jedes Niveau des "Mehrheitsbeschlusses" kann in redundanter Weise ausgewertet werden, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen, ohne gleichzeitig die Stabilität des Systems zu beeinträchtigen.

Es kann eine Alarmeinrichtung vorgesehen sein, um die Tatsache einer Ausgangsstörung an sich, ferner deren spezielle Lage zu ermitteln .

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Darstellung eines Reaktor-Steuerstabes mit zugehörigem Antriebsstab und Steuerstab-Führungsgehäuse, in dem die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Fühlerelemente untergebracht sind j

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Subsysteme nach der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Detektoren der Fig. 1 sowie des Kodier-Subsystems der Fig. 2, mit einer graphischen und tabulierten Wiedergabe der elektrischen Wechselwirkung zwischen den entsprechenden Subsystemenι

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Fig. 4 schematisch ein Schaltbild des Kodier-Subsystems der Fig. 2;

Fig. 5 schematisch ein Schaltbild, das weiter ins einzelne gehend das Behälter-Koppelwerk(Interface)-Subsystem der Fig. 2 erkennen läßt;

Flg. 6 schematisch ein Schaltbild, das weiter ins einzelne gehend den Aufbau des Kontrollraum-Koppelwerks der Fig. 2 erkennen läßt;

Fig. 7 schematisch ein Schaltbild eines Teils des zentralen Steuer-Subsystems der Fig. 2;

Fig. 8 ein zweites schematisches Schaltbild, das den Sequenz-Elektronikaufbau des Steuer-Subsystems der Fig. 7 veranschaulicht;

Fig. 9 schematisch ein Schaltbild, das den Fehlfunktions-Überwachungsteil des Steuer-Subsystems der Fig. 7 veranschaulicht;

Fig.. 10 ein Impulsdiagramm der zeitlichen Zuordnungen der innerhalb des zentralen Steuersystems der Fig. 7 ablaufenden Vorgänge;

Fig. 11 schematised ein Schaltbild der Ausgangs-Wiedergabeeinheit der Fig. 2;

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Fig. 12 perspektivisch eine Teilansicht der Aus gangs-Wiedergabeeinheit der Schaltung der Fig. 11;

Fig. 13 ein Blockschaltbild des Computer-Koppelwerks(Interface) nach Fig. 2;

Fig. 14 ein Impulsdiagramm der zeitlichen Zuordnung der in Verbindung mit dem Computer-Koppelwerk der Fig. 13 auftretenden Vorgänge bzw. Signale;

Fig. 15 schematisch ein Schaltbild eines Teils des Computer-Koppelwerks der Fig. 13;

Fig. 16 ein zweites schematisches Schaltbild eines zweiten Teils des Computer-Koppelwerks der Fig. 13;

Fig. 17-20 schematische Schaltbilder der Verdrahtung zwischen Subsystemen der Kontrollraum-Gruppe der Fig. 2;

Fig. 21 ein Blockschaltbild eines Positionsanseigesystems;

Fig. 22 teilweise schematisch ein Schaltbild einer Ausführungsform des Systems nach Fig. 21;

Fig. 23 eine Abwandlung der Ausführung nach Fig. 22; Fig. 24 eine weitere Abwandlung der Ausführung nach Fig. 22;

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Fig. 25 ein Blockschaltbild der Abwandlung nach Fig. 24? und

Fig. 26 eine zusätzliche Abwandlung für die zuvor wiedergegebenen Schaltkreise.

Der eigentliche Fühler, wie er der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, wird von einer Spule gebildet, die den Umfang der Bewegungsachse eines beweglichen Körpers umgibt, beispielsweise eines Steuerstab-Antriebs-Führungsgehäuses für einen Kernreaktor. Wird durch die Spule ein Wechselstrom geleitet, so wird ein Wechselfluß erzeugt, der dann in das Innere des Gehäuses eindringt. Wenn die Frequenz ausreichend niedrig ist, so ist die Eindringtiefe des Flusses größer als die Dicke des Gehäuses, so daß der Wechselfluß vollständig durchdringen kann. Mit einer normalen Netzfrequenz von 60 Hz kann diesem Kriterium ohne weiteres genügt werden. Wenn dann -eine Metallstange oder ein Metallstab durch das Steuerstab-Führungsgehäuse hindurch an der von der Spule umschlossenen Stelle vorbeibewegt wird, so ändert sich die Impedanz der Spule. Besteht der Stab aus einem f erromagne tis chen Material, so nimmt die Impedanz der Spule zu. Diese Impedanzänderung kann in vielfacher Weise erfaßt werden, um so die Position oder Lage des Stabes relativ zu der Spule betreffende Information zu liefern. Beispielsweise kann der Strom durch die Spule durch Messung des Spannungsabfalls an einem in Reihe mit der Spule geschalteten kleinen Widerstand überwacht werden, wobei die Anordnung von einem Konstantspannungsgenerator gespeist wird.

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Um ein vollständiges Stabpositions-Anzeigesystem aufzubauen, wird ein Stapel mit Spulen 12 an dem Steuerstab-Führungsgehäuse 14 angeordnet, wie das mit Fig. 1 gezeigt ist. Jede Spule ist mit einem Widerstand verbunden, und die Eingänge eines Differenzverstärkers sind jeweils zwischen zwei benachbarte Widerstände geschaltet. Es existiert stets ein Differenzausgang der Verstärker, der größer als alle anderen ist und damit genau anzeigt, zwischen welchen beiden Spulen sich das Ende des Steuerstabes 16 befindet.

Die Spulen sind mit relativ geringen Abständen voneinander angeordnet. Es ist daher praktisch unmöglich, daß sich zwischen zwei benachbarten Spulen ein nennenswerter Gradient bezüglich Temperatur, Magnetfeld, Materialkonstanten etc. aufbaut. Da das gesamte System auf dem Prinzip abgeglichener oder nicht abgeglichene"r Impedanzen zwischen zwei benachbarten Fühlern arbeitet, ist ersichtlich, daß nur der Steuerstab 16 einen solchen Zustand hervorrufen kann, indem er einen Fühler durchsetzt, nicht aber den dazu benachbarten, infolgedessen ist das Anzeigesystem gegenüber Temperatur, benachbarten Stäben, Schwankungen in der Energieversorgung (sowohl hinsichtlich Spannung als auch Frequenz), Magnetisierung und magnetischen Eigenschaften des Stabes unempfindlich.

Es versteht sich, daß darauf geachtet werden muß, daß die Spulen selbst im wesentlichen identische Eigenschaften haben, und das gleiche gilt natürlich auch für die abschließenden Widerstände. Jedoch stellt diese Forderung für den einschlägigen Hersteller elektrischer Bauelemente kein besonderes Problem dar. Da die Spulen ein bestimmtes Maß an gegenseitiger Kopplung aufweisen, ver-

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halten sich die beiden an den Enden des Stapels mit den Spulen 12 befindlichen Spulen geringfügig anders als die Innerhalb liegenden Spulen. Durch kleine Korrekturen an den Abschlußwiderständen dieser beiden Endspulen kann dieser Effekt jedoch leicht kompensiert werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung unterteilt den Stapel mit den Spulen 12 in zwei im Verhältnis zueinander versetzte Gruppen A und B, wie das mit Fig. 3 veranschaulicht ist. Die von den einzelnen Spulengruppen erhaltenen Signale werden innerhalb des Reaktorbehälters gesondert verarbeitet. Die Signale jeder Gruppe enthalten die Information, die notwendig ist, um die Position des Stabes innerhalb einer Hälfte der Gesamtauflösung des Systems zu ermitteln. Wenn daher eine Gruppe Fehlfunktionen aufweist, so wird die Auflösung des Systems beeinträchtigt, aber dennoch bleibt die Lage des Stabes bekannt.

Jeder der etwa 61 Steuerstäbe innerhalb einer Vierkreisanlage wird mit einem Spulenstapel versehen, ferner mit einem Gruppe A-Kodierer sowie einem Gruppe B-Kodierer 18 innerhalb des Reaktorbehälteraufbaus, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, um die entsprechenden Spulenausgangssignale für eine Muitiplexanordnung zu kodieren. Es können beispielsweise für jeden Stab zweiundvierzig Spulen vorgesehen sein, einundzwanzig je Gruppe, wobei jedem Stab pro Gruppe ein Kodierer 18 zugeordnet ist. Ein einzelnes Eingangs-/Ausgangs-KoppelwerJc(Interface) 22 ist in dem Behälter für die Gruppe A vorgesehen, ein weiteres für die Gruppe B. Jedes Koppelwerk adressiert sequentiell jeden Kodierer 18 innerhalb seiner eigenen Grup-

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pe aufgrund einer Befehlsadresse von einer zentralen Steuereinheit 20, und es nimmt einen 5 Bit-Digitalkode von dem entsprechenden Kodierer auf, der die Stabpositions-Daten der einzelnen Stäbe enthält. Auf diese Weise werden die Daten für eine Gruppe zu einem einzigen Satz "Feld"-Drähte gemultiplext, so daß sowohl Durchführungen durch den Behälter als auch die Kosten für die "Feld"-Verdrahtung auf einem Minimum gehalten werden können. Im Bereich des Reaktor-Kontrollraums findet ein gleichartiges Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk (Interface) 24 in Verbindung mit der zentralen Steuereinheit 20 Verwendung, um so die Information für die einzelnen Stäbe an Flipflop-Speicher zu de-multiplexen (verteilen) , die die auf den neuesten Stand gebrachte Positionsinformation für die einzelnen Stäbe enthalten. Ferner werden die Informationen von den Gruppen Ä und B wieder zusammengefaßt, um eine S tabposi tions information mit voller Auflösung zu erhalten. Diese Information wird verwendet, um eine neuartige Wiedergabeeinheit 26 mit lichtemittierenden Dioden zu steuern und so eine visuelle Anzeige der Stabposition zu liefern. Die Information kann ebenso zu einem Digitalrechner über ein neuartiges Universal-Koppelwerk (Interface) 28 geleitet werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es eine digitale Anzeige der unteren Stab-Endlage liefert (wobei diese -unterste mechanische Lage der Stabbewegung in Fig. 3 mit RB angedeutet ist) , so daß die Notwendigkeit entfällt, teure bistabile Detektoren für die Erfassung der unteren Stabendlage bzw. einer Lage, bei der die Stäbe auf den Boden auftreffen, vorzusehen» Ein weiter unten noch zu erläuternder Betriebsart-Schalter ι der Bestandteil des Systems ist, gestattet die Wahl eines Aasgangssignals- mit halber Auflösung entweder vom Kanal A -

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oder aber vom Kanal B oder aber eines Ausgangs mit kombinierter voller Auflösung.

Die in Fig. 2 mit durchgehenden Linien angedeuteten Blöcke entsprechen Funktionen, die durch die speziellen Subsysteme nach der Erfindung verwirklicht werden. Spezielle Merkmale der vorliegenden Erfindung hinsichtlich dieser verschiedenen Subsysteme werden in Verbindung mit der weiter unten gegebenen Beschreibung der Wirkungsweise erläutert.

Insgesamt sind nur sechs Subsysteme erforderlich, um das Positionsanzeigesystem nach der Erfindung zu verwirklichen. Da der Kodierer 18 und die Wiedergabeeinheit 26 für jeden Steuerstab vorgesehen sein müssen, bilden diese den Hauptanteil des Systems.

Kodier-Subsystem

Die Subsysteme mit den Kodierern 18 sind Bestandteil der dem Behälter zugeordneten Elektronik und in jeder Gruppe jedes zu überwachenden Stabes vorgesehen. Ihre Hauptfunktionen bestehen darin, die Lage eines entsprechenden Stabes mit der halben an sich gewünschten Auflösung zu erfassen, diese Lage als 5-Bit-Gray-Kode zu kodieren und diese Positionsdaten in Gray-Kode-Form auf Befehl hin in das Multiplex-Subsystem einzugeben. Eine zweite Funktion des Subsystems mit den Kodierern 18 besteht darin, alle elektrischen Fehlfunktionen innerhalb der entsprechenden Stapel mit den Detektor-Spulen 12, innerhalb der zugehörigen Verdrahtung sowie dem Hauptteil der Kodier-Elektronik zu überprüfen. Störungen in diesen

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Bereichen führen zu einem speziellen Fehler-Kode-Ausgangssignal anstelle der Positionsdaten.

Fig. 3 zeigt die Verbindung des Stapels mit den Detektor-Spulen mit dem Subsystem mit den Kodierern 18 sowie den sowohl von, dem Kodierer als auch der zentralen Steuereinheit 20 erzeugten Signalen. Dabei zeigt das Diagramm A die von den jeweiligen Ausgängen der Spulen der Gruppe A erhaltenen Kodier-Eingangssignale. Das Diagramm B zeigt die durch Vergleich der Impedanzen in benachbarten Spulen der Gruppe A erhaltenen Spannungsdifferenzen. Die Diagramme C und D entsprechen den Diagrammen A bzw. B, jedoch im Hinblick auf die Gruppe B. Die mit Fig. 3C wiedergegebenen Tabellen A-G geben die von den Kodierern und dem Steuersystem in Abhängigkeit von den Fühler-Spulen-Ausgängen erzeugten Kodes. So zeigt die Tabelle A den von den entsprechenden Kodiereinheiten der Gruppe A erzeugten Gray-Kode» Die Tabelle B zeigt den von den Kodiereinheiten der entsprechenden Gruppe B erzeugten Gray-Kode. Die Symbole f, (f, Ύ, ß, bzw. οζ repräsentieren die entsprechenden Gray-Kode-Bits, Die Tabellen C.und D zeigen die entsprechenden Gray-Kodes der Gruppe A bzw. B nach ihrer Binär-Umwandlung. Die Tabelle E zeigt den entsprechenden Steuersystem-Digitalausgang, wenn die Gruppen A und B einwandfrei arbeiten. Die Tabellen F und G zeigen den entsprechenden Steuersystem-Digitalausgang, wenn zunächst in der Gruppe A, sodann in der Gruppe B eine Fehlfunktion beobachtet wird. Die in den suvor beschriebenen Diagrammen veranschaulichten Signale sind als eine Funktion der Stabposition entsprechend dem auf der linken Seite gezeigten Spulenstapel aufgetragen.

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Pig. 4 zeigt schematisch ein Schaltbild des Subsystems mit den Kodierern 18, Die auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigten Eingänge a - u entsprechen den Kodier-Eingängen a - u der Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede Spule, außer den Endspulen, durch Widerstände 200 - 238 von 5 Ohm abgeschlossen. Da die gegenseitige Kopplung für die Endspulen geringer ist, sind diese zur Kompensation anders abgeschlossen. Die Kodierelektronik der Fig. 4, die der Gruppe A zugeordnet ist, weist dementsprechend einen Endspulen-Abschluß 240 auf. Die in den Diagrammen A und C der Fig. 3 gezeigten Signale entsprechen der Effektivspannungsänderung an den entsprechenden Abschlußwiderständen, wenn der Stab durch die entsprechenden Spulen läuft. Jede Wechselspannung wird mit den von den zwei benachbarten Spulen erzeugten Spannungen verglichen, um die mit den Diagrammen B und D der Fig. 3 gezeigten Signale zu erzeugen. Die Stabposition wird durch den größten Widerstand bestimmt, der dadurch hervorgerufen wird, daß der Stab eine Spule durchsetzt, nicht aber die nächstfolgende. Dieses Differenz-Ausgangssignal wird dann verwendet, um die entsprechenden Gray-Kodes zu erzeugen, wie sie mit den Tabellen A und B der Fig. 3 gezeigt sind.

Der Kodierer 18 wird teilweise aus einer Mehrzahl im wesentlichen identischer Schaltkreise aufgebaut, deren Wirkungsweise unter Bezugnahme auf einen typischen Schaltkreis erläutert wird, der in Fig. 4 allgemein mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist. Das entsprechende Eingangsdaten-Signal c von dem Detektor-Stapel der Fig. 3 wird mit dem Eingangsdaten-Signal d verglichen, indem der Verstärker 242 in Verbindung mit den Widerständen 244, 246, 248

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und 250 eingesetzt wird, um c von d abzuziehen und mit 5 zu multi-· plizieren. Dioden 252, 254 und 256 dienen dazu, jede Art von Überschwingungen ah den Eingangsklemmen innerhalb akzeptabler Grenzen "festzuhalten". Das resultierende Signal an dem Eingang zum Filter 32 ist entweder Null (wenn der Stab entweder beide oder keine der für die Signale c und d verantwortlichen Spulen durchsetzt) oder ein Wechselspannungssignal (wenn der Stab die für das Signal c verantwortliche Spule durchsetzt, aber nicht die Spule, der das Signal d entspricht).

Das Wechselspannungssignal wird dann durch eine Kombination aus einem Hochpaßfilter,, einer Gleichspannungs-Wiederherstellungsschaltung sowie einem Tiefpaßfilter mit den Widerständen 258, 260, der Diode 262, dem Kondensator 266 sowie dem Kondensator 264 gefiltert. Diese scheinbar aufwendige Filteranordnung ist vorgesehen, um für einen Schutz gegenüber auch extremen Bedingungen einer ungünstigen elektromagnetischen Störung zu sorgen. Die Wirkungsweise der weiteren mit den übrigen Fühlersignaleingängen gekoppelten Kreise ist analog der gerade beschriebenen.

Die resultierenden Gleichspannungssignale, die an den Kondensatoren 264 and 268 - 304 auftreten, werden dann durch einen NiveauverfolgoBfs™Detektor-/Kodier-"Schaltkreis verglichen, wie er auf der rechten Seite der gerade beschriebenen Schaltung gezeigt ist. In dieser Schaltung erfolgt die Steuerung des Schaltkreises durch die größte positive Gleichspannung, die dann für einen entsprechenden, die Position des Stabes repräsentierenden Ausgang sorgte ' Wenn beispielsweise das Signal des Kondensators 264 das größte ist,

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so wird der Transistor 306 leitend, um ein Rückkopplungssignal über sich selbst, eine Diode 308, einen Transistor 310 sowie eine Diode 312 zu dem invertierten Eingang des Operationsverstärkers 316 gelangen zu lassen, das dem Signal des Kondensators 264 gleich ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Signal an allen weiteren gleichen invertierenden Eingängen annähernd gleich der Spannung am Kondensator 264 und daher größer als die Signale an den nichtinvertierenden korrespondierenden Eingängen der anderen Operationsverstärker der DetektoranOrdnung, so daß alle anderen Verstärker ins Negative gesättigt werden und alle npn-Transistoren außer dem Transistor 306 und dem Transistor 310, die durch den Operationsverstärker 316 gesteuert werden, sperren. Das Leiten des Transistors "306 läßt auch den Transistor 310 leitend werden. Daher erscheint die Inversion des erforderlichen Gray-Kodes an den Basen der Transistoren 318 - 326, die als Verstärker wirken. Etwa 100 mV Hysterese werden durch die Widerstände 328 vorgesehen, um ünstim-,migkeiten infolge Brummerscheinungen oder Stabschwingungen zu vermeiden. Bei einer Erregung mit 6 V Effektiv-Wechselspannung ergibt sich eine mechanische Hysterese von weniger als 3,2 mm.

Wenn der entsprechende Kodierer adressiert wird, indem die Eingänge Al - A7 gleich einer Logischen Eins gemacht werden, so werden die NAND-Stufen 330 - 338 eingeschaltet, so daß der richtige Gray-Kode an den Ausgängen alpha, beta, gamma, sigma und epsilon auftritt. Dioden 340 - 348 ermöglichen es, diese Ausgänge in einfacher Weise in einer ODER-Verknüpfung mit gleichartigen Signalen von allen anderen Kodierern innerhalb der Elektronikgruppe für denselben Behälter zu verdrahten. Jeder Karte ist eine eindeutige

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Adresse durch die Verbindung der Steuereinheitadresse (in verschiedenen Kombinationen) mit den Adresseneingängen Al - A7 zugeordnet.

Die zv7eite Funktion der Kodierer-Einheit besteht darin, möglichst viele Fehlermöglichkeiten zu überprüfen, die zu einer Beeinträchtigung bzw. einem üngültigmachen des Gray-Kodes führen könnten. Dies erfolgt in erster Linie durch den allgemein mit 34 bezeichneten Schaltkreis der Fig. 4B. Dabei wird eine Überschußspannung zu den invertierenden Eingängen der Verstärker in dem Niveauverfolgungs-Detektor zurückgekoppelt, wenn eine Reihe von Fehlern ' aufgetreten ist, wie etwa offene oder kurzgeschlossene Detektorspulen i offene oder kurzgeschlossene Verdrahtung vom Detektor zu der Behälter-Elektronikι offene oder kurzgeschlossene Abschlußwiderstände 200 - 240; kurzgeschlossene Eingangswiderstände 244 und 350 oder 248 und 352? offene Eingangswiderstände 250 und oder 246 und 356; kurzgeschlossene Schutzdioden 254, 256 und korrespondierende Dioden; und gestörte Verstärker 242, 316 etc., so daß sie bei +15 V gesättigt werden. Da diese überschußspannung ebenso wie normale Signale an dieser Stelle proportional zu der Wechselspannungserregung des Detektors ist, wird durch die Wechselspannungserregung eine schwankende Referenzspannung erzeugt. Durch Fernabtastung erzeugen der Verstärker 360 und der zugehörige Schaltungsaufbau des Schaltkreises 34 der Fig. 4B die erforderliche schwankende Referenzspannung von der Spannung an der gemeinsamen Leitung des Detektor-StapeIs, so daß veränderliche Spannungsabfälle an der gemeinsamen Leitung der Verbindung zu dem Detektor-Stapel vermieden werden. Die schwankende Referenzspannung, wie sie

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am Kondensator 362 ansteht, wird konstant mit dem Rückkopplungssignal des Niveauverfolgungs-Detektors mittels des Verstärkers

364 verglichen. Obersteigt die Rückkopplungsspannung die Referenzspannung, so wird ein Fehler ermittelt, der den Ausgang des Operationsverstärkers 364 ins Negative sättigen läßt und den Transistor 366 einschaltet. Das hindert die NAND-Stufen 330 - 338 an ihrer Einschaltung, selbst wenn" der entsprechende Kodierer adressiert wird. Infolgedessen sind die Ausgänge alpha, beta, gamma, sigma und epsilon während dieser Adressenperiode alle eine Logische Eins. Dieser Kode, der u. a. in der Tabelle nach Fig. 3C gezeigt ist, wird durch die zentrale Steuereinheit 20 der Fig. 20 als Fehlerkode interpretiert. Wie ersichtlich, würde die Entfernung einer Kodiereinheit oder der Ausfall der Energieversorgung für diese Einheit zu demselben Effekt führen. Ebenso läßt eine niederfrequente Rechteckwelle, die an dem Behälter-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk erzeugt wird und in Fig. 4 am Eingang F auftritt, eine rotes Licht emittierende Diode 368 aufflackern, die an der Kodiereinheit angebracht ist, wenn dieser Kodierer einen Fehler ermittelt hat«

Ein einzelner Prüfpunkt 36 ist an jeder Kodiereinheit verfügbar, wie das mit Fig, 4 gezeigt ist. Wenn die Wechselspannung arbeitet, so steht die Spannung an dem gemeinsamen Punkt dieses Spulen-Stapels an den entsprechenden Prüfpunkten zur Verfügung. Wenn die Wechselspannungserregung abgeschaltet wird, so steht ein Stabfallsignal (wie es normalerweise bei in Kernkraftanlagen durchgeführten Standard-Stabfall-Untersuchungen verwendet wird) für jeden Stab an dem Prüfpunkt der entsprechenden Kodierkarte zur Verfügung,

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die diesem Stab zugeordnet ist. Dieses Signal wird ebenfalls zu der rückwärtigen Verbindung der Einheit herausgeführt, um möglicherweise mit einem analogen Multiplex-Subsystem verwendet zu werden, das im Bedarfsfall zugeschaltet werden kann. Dem Fehlervergleich werden annähernd 0,2 V Hysterese durch den Widerstand 370 hinzugefügt.

Dementsprechend erhält die Kodiereinheit die jeweiligen Ausgangssignale von dem entsprechenden Spulen-Stapel, um diese zu Positions-Information in Gray-Kode-Form zu verarbeiten und zu kodieren, die dann an das noch zu beschreibende Behälter-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk weitergeleitet wird.

Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk

In der als Ausführungsbeispiel wiedergegebenen Einheit, die mit zwei Signalkanälen A und B arbeitet, sind nur zwei Behälter-Eingangs-/Aus gangs -Koppelwerke innerhalb des gesamten Systems verwendet, eines in jeder Gruppe der Behälter-Elektronik, jedoch führen diese Koppelwerke sechs Funktionen aus, die für die einwandfreie Arbeitsweise und die Stabilität des Systems wesentlich sind. Ein schematisches Schaltbild eines als Beispiel wiedergegebenen Eingangs-/Ausgangs-Behälter-Subsystems ist mit Fig. 5 gezeigt, wobei seine Verbindung innerhalb des Systems durch gleiche entsprechende Bezugszeichen angedeutet ist.

Die erste von dem Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk ausgeführte Funktion besteht darin, Adressensignale von der Kontroll-

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raum-Elektronik zu empfangen und diese Signale für die Verteilung zu den entsprechenden Kodiereinheiten dieser Gruppe zu puffern, wobei für eine vollständige elektrische Trennung mittels optischer Kopplung gesorgt wird. Diese Funktion wird durch die verschiedenen Empfängereinheiten 38 verwirklicht. Die gemeinsamen beiden Anschlüsse dieser Stufe werden mit der Signal-Masseleitung der Kontrollraum-Elektronik verbunden. Die Eingänge der Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Empfanger 38 der Fig. 5 werden mit Ausgängen von Treiberstufen 48 verbunden, die in den Kontrollraum-Eingangs-/ Ausgangs-Koppelwerken der Fig. 6 angeordnet sind. Das Eingangssignal an den Empfängern 38 schwingt ins Positive, um eine Logische Eins anzuzeigen, und ins Negative, um eine Logische Null anzuzeigen. Eine Logische Eins am Eingang des Empfängers 38 sorgt für eine Vorspannung der infrarotes Licht aussendenden Diode 40 in Durchlaßrichtung und damit zur Abgabe von Licht proportional zu dem Strom, der durch die Widerstände 372 der Fig. 5 und den Widerstand 374 der Treiberstufe 48 in Fig. 6 begrenzt wird. Das infrarote Licht passiert ein klares Dielektrikum und fällt auf den Kollektor-/Basisübergang des Fototransistors 42, so daß dieser und der Transistor 376 leiten. Dioden 378 und 380 sorgen für eine nichtlineare negative Rückkopplung, um so eine verbesserte Ansprechzeit zu erhalten. Das resultierende Signal am Kollektor des Transistors 376 wird weiter durch die NAND-S.tufen 382 gepuffert, um für eine geeignete Verteilung von den Ausgängen zu den entsprechenden Kodiereinheit-Anschlüssen zu sorgen, die die gleichen Bezugszeichen in Fig. 4 haben wie der Empfänger 38.

Die zweite Funktion des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks

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besteht in der Übermittlung von Daten, die von den Kodiereinheiten durch den Adressenkode zurückgewonnen worden sind, an den Kontrollraum. Diese Funktion wird durch den Schaltkreis verwirklicht, der in Fig β 5 mit dem Bezugszeichen 44 versehen ist, Eingänge dieses als Treiberstufe wirksamen Schaltkreises 44 sind mit allen gleichartigen Äusgangssignalen der entsprechenden Kodiereinheiten verbunden, die gleiche Bezugsseichen haben« Ausgänge der Schaltkreise 44 sind mit entsprechenden Eingängen oder unterschiedlichen Empfängern des Kontrollraum~Eingöings-/Ausgangs=Koppelwerks der Fig. 6, wo sie mit dem Bezugszeichen 46 gekennzeichnet sind, verbunden. Ebenso sind die gemeinsamen Anschlüsse des Behälter-Eingangs-=/ Ausgangs-Koppelwerks der Fig» 5 mit den gemeinsamen Anschlüssen des Kontrollraum-Eingangs~/Ausgangs=-Koppelwerks der Fig, 6 verbunden« Wie ersichtlich, wird die vollständige Trennung der Kontrollraumeinheiten einerseits und der Behälter-Einheiten andererseits durch die optische Kopplung gewährleistet, die in den Differential-Empfängern 38 und 46 der Fig, 5 bzw«. 6 vorgesehen ist. Eine Logische Eins am Eingang alpha des Schaltkreises 44 der Fig.5 läßt den Verstärker 382' in die positive Sättigung gehen und führt zu einem Ausgang bei alpha in der Größenordnung von 7 V, In ähnlicher Weise ruft eine Logische Null am Ausgang alpha ein Aus™ gangssignal in der Größenordnung von =7 ¥ hervor=. Transistoren 384 und 386 sorgen für eine höhere Stromkapazität, als sie unmittelbar über den Verstärker 382 zur Verfügung stünde, während der Widerstand 388 für eine Strombegrenzung sowie einen Kurzschlußschutz sorgt. In gleicher Weise sorgen die Widerstände 390 und 392 für etwa 0,5 V Hysterese, Dioden 394 und ein Widerstand 396 sorgen für eine Signalumwandlung, so daß dieses durch den Zustands-

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detektor 5p der Fig. 5 verwertet werden kann. Eine NAND-Stufe 39 8 , und ein Widerstand 400 werden in der Schaltungsanordnung 62 verwendet, um normale Kodiersignale alpha bis epsilon zu Prüfzwecken übergehen zu können, unter normalen Arbeitsbedingungen nimmt das Signal s^, das in der Schaltungsanordnung 62 als Eingang für die NAND-Stufe 398 erzeugt wird, den Zustand einer Logischen Null an, so daß die NAND-Stufe 398 und der Widerstand 400 in den unwirksamen Zustand übergehen.

Eine dritte Funktion des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks besteht in der Erzeugung von Parity-Bits. Diese Funktion wird allgemein durch einen Schaltkreis 54 verwirklicht, wie er in Fig. 5 wiedergegeben ist. Für einen bestimmten Fehlerzustand wurde eine gerade Parity gewählt. Das bedeutet, daß, wenn ein 13-Bit-Binärwort unter Verwendung der vom Kontrollraum erhaltenen Adresse, der von den Kodiereinheiten erhaltenen Daten sowie des Parity-Bits aufgebaut wird, das Parity-Bit den richtigen Zustand hätte, um das resultierende Wort stets eine gerade Anzahl an Einsen haben zu lassen. Das Parity-Bit P wird durch den Kontrollraum mit dem 5-Bit-Gray-Kode durch den sechsten Treiber der Fig. 5 geleitet. Auf diese Weise ist es, da ein gleicher Prozess hinsichtlich der Adresse erfolgt, die vom Kontrollraum-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk ausgesandt wird, ebenso hinsichtlich der von dort erhaltenen Daten, möglich, einen Einzelfehler in der Datenübertragungs-Hardware, einschließlich der Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerke und der verbindenden "Feld"-Verdrahtung zu ermitteln. Ein im Bereich des Parity-Schaltkreises 54 der Fig. 5 gezeigter Schalter 402 dient zwei Funktionen. Da die öffnung des Schalters 402 das Parity-Bit

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invertiert, so daß ein anhaltender Parity-Fehler erzeugt wird, kann er verwendet werden, um den Parity-Check zu prüfen. Zweitens kann dieser Schalter, da ein Parity-Fehler die Daten von dem entsprechenden Kanal verschwinden läßt, von einem eine Raparatur durchführenden Monteur dazu verwendet werden, örtlich den gesamten Kanal abzutrennen, ohne mit dem Kontrollraum zusammenarbeiten zu müssen.

Eine vierte Funktion des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks ist die Erzeugung einer niederfrequenten Rechteckwelle, die eine Alarmlampe an jeder Kodiereinheit aktiviert, so daß diese aufblinkt, wenn ein Fehler erfaßt worden ist» Die Rechteckwelle wird von dem 4-Bit-Zähler-/Puffer 56 der Fig. 5 erzeugt. Die Frequenz des Signals am Ausgang F dieses Schaltkreises wird durch die Verbindung des Eingangs mit einer der Adressenleitungen bestimmt. Bei Verbindung, mit dem Anschluß a7 des Empfängers 7 der Fig. 5, blinken die Alarmleuchten etwa dreimal pro Sekunde,

Eine fünfte Funktion besteht in der Erfassung einer ausgefallenen oder gestörten Gleichspannungs- bzw. Wechselspannungs-Versorgung. Eine solche Störung führt zur Erzeugung eines 5-Bit-Gray-Fehlerkodes Hill für den Kontrollraum„ Diese Funktion wird allgemein durch den Detektorkreis 58 der Fig. 5 ausgeführt. Der Eingang ist mit der Wechselspannungs-Sammelleitung von dem Transformator verbunden. Die Wechselspannungs-Erregerspannung wird halbweg-gleichgerichtet und mittels Diode 404, Widerstand 406, Widerstand 408 sowie Kondensator 410 gemittelt. Die resultierende Spannung am Kondensator 410, die der Wechselspannungserregung proportional ist,

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wird dann durch den Verstärker 412 mit einer durch die Widerstände 414 und 416 erzeugten Referenzspannung verglichen. Wenn die Wechselspannungs-Erregung zu niedrig ist, erfährt der Verstärker 412 eine Sättigung ins Negative, so daß die Referenzspannung V an alle Ausgangs-Schaltkreise 44 geliefert wird, deren Potential unter Masse herabgezogen werden soll. Auf diese Weise werden die Datenausgänge von den als Treiberstufen wirksamen Schaltkreisen 44, nämlich alpha, beta, gamma, sigma und epsilon in den Zustand einer logischen Eins gezwungen. In ähnlicher Weise sinkt die von den Widerständen 418 und 420 erzeugte Referenzspannung unter Erzeugung des gleichen Effekts unter Massepotential ab, wenn die Gleichspannungsversorgung ausfallen sollte. Wenn die negative Gleichspannungsversorgung ausfallen sollte, so wären die Schaltkreise 44 (Treiberstufen) nicht in der Lage, die Daten-Asgangswerte unter Massepotential zu ziehen, *so daß diese Signale durch die Differential-Empfänger 46 des Kontrollraum-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks •als im Zustand einer Logischen Eins befindlich betrachtet werden können.

Die sechste Funktion des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks besteht in der Schaffung eines manuellen, zweiteiligen überlappenden Tests des größten Teils des Systems, um Installation und Wartung zu vereinfachen. Diese Funktion wird durch die Schaltungsanordnung 62 der Fig. 5, einschließlich der zugehörigen Schalter, verwirklicht. Befindet sich der Test-Betriebsart-Schalter 60 in der normalen Stellung, während das System arbeitet, so ist eine On-Line-Prüfung der Behälter-Elektronik möglich. Der Zustand des Gray-Kodes und der Parity-Check, der an den Kontrollraum über-

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mittelt wird und der durch die Schalter 422 - 428 gewählten Adresse entspricht, wird durch die sichtbares Licht emittierenden Dioden 64 des Zustandsdetektors 50 wiedergegeben. Eine, vollständige überprüfung des Behälter-Elektronik-Kanals des entsprechenden Stabes kann erfolgen, indem der Stab von der unteren Endlage in die obere Endlage entweder mechanisch oder durch Simulierung bewegt wird. Wenn der Testbetriebsart-Schalter 60 sich in der Test-Kontroll-Lage befindet, wird der für die Schalter 422 - 426 zutreffende Zustand anstelle des 5-Bit-Gray-Kodes von den Kodiereinheiten für alle Stäbe ersetzt, und diese Stellung wird durch die Zustandsdetektoren 50 wiedergegeben» Auf diese Weise kann die Kontrollraum-Elektronik überprüft werden _f indem die Bewegung aller Stäbe gleichzeitig im Gray-Kode mit den Schaltern 422 bis 426 simuliert wird.

Das Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk führt somit die vorstehend beschriebenen sechs Funktionen aus, wodurch die Einsatzmöglichkeit und die Stabilität des gesamten Systems erhöht werden.

Kontrollraum-Eingangs-/Ausgangs-Koppe!werk

Wie bei den Behälter-Eingangs™/Ausgangs-Koppelwerken sind je System nur zwei Kontrollraum-Elngangs-ZAusgangs-Koppelwerke erforderlich, wobei diese jedoch vier Funktionen ausführen, die wesentlich für eine einwandfreie Arbeitsweise und eine Stabilität des Systems sind» Ein schematisehes Schaltbild des Koppelwerks zeigt Fig. 6, und sein Anschluß an die Kontrollraum-Elektronik ist mit Fig. 17 und 18 wiedergegeben»

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Die erste von dem Kontrollraum-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk ausgeführte Funktion besteht in der Lieferung von Adressen von der zentralen Steuereinheit 20 der Fig. 2 an die Behälter-Elektronik mittels einer minimalen Anzahl "Feld"-verdrahtungen, Anschlüsse sowie Durchführungen, um die Stabpositionsdaten im Gray-Kode zu gewinnen. Diese Funktion wird durch den Schaltkreis 48 der Fig. durchgeführt. Die Ausgänge dieses als Treiber wirksamen Schaltkreises 48 sind mit den Eingängen des Differential-Empfängers des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks der Fig. 5 verbunden, und die Kontrollraum-Masse - gemeinsam eins - des Kontrollraum-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks ist mit der gemeinsam zwei-¹ Verbindung des Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Empfängers 38 vereinigt. Die als Treiber wirksamen Schaltkreise 48 arbeiten in der gleichen Weise wie die als Treiber wirksamen Schaltkreise 44, wie sie zuvor erläutert wurden. Dioden 430 und Widerstände 432 sorgen für einen zusätzlichen Eingangsschutz der COS/MOS-Schaltungsanordnung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden durch die zentrale Steuereinheit 20 der Fig. 2 erzeugte Adressen den entsprechenden Eingängen der Treiberstufen-Schaltkreise 48 zugeführt. Die Ausgänge der Schaltkreise 48 (beispielsweise A_Q ) kippen in einen Logische Eins-Zustand, wenn ein Logische Eins-Eingang dem entsprechenden Eingangsanschluß zugeführt wird.

Die zweite von der Kontrollraum-Eingangs-ZAusgangs-Grenzfläche durchgeführte Funktion besteht im Empfang von Daten, die durch den Adressen-Kode von dem Behälter wiedergewonnen wurden. Dies wird

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■ durch den Empfänger-Schaltkreis 46 der Fig. 6 verwirklicht. Dieser Schaltkreis arbeitet in der gleichen Weise wie die Differential-Empfänger 38 des Behälter-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerks, das zuvor erläutert wurde, mit der Ausnahme, daß eine entsprechende Logische Eins an einem Eingang zu einer Sperrung der zugehörigen lichtemittierenden Diode 434 führt und eine Logische Eins am Ausgang hervorruft.

Die dritte von dem Kontrollraum-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk ausgeübte Funktion ist der Parity-Check, der durch den Schaltkreis der Fig. 6 erfolgt, wobei dieser dem Schaltkreis 54 der Fig. 5 analog ist. Hier wird ein Parity-Bit P¹ in der gleichen Weise wie das in dem Behälter-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk erzeugte Bit erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Adresse von der zentralen Steuereinheit 20 der Fig. 2 und die vom Behälter empfangenen Daten wie das durch die entsprechenden Eingangs-Bezugssymbole veranschaulicht ist - für diesen Zweck verwendet werden. Dieses Parity-Bit P¹ wird dann mit dem Parity-Bit P verglichen-, das von dem Behälter her erhalten wurde, um ein Signal P für die übertragung an die zentrale Steuereinheit 20 zu erzeugen. Wenn kein Parity-Fehler existiert, so entspricht das Signal P einer Logischen Null. Existiert jedoch ein Parity-Fehler, dann ist P eine Logische Eins, die der Steuereinheit 20 den Befehl gibt, die Daten von der zugehörigen Gruppe für den entsprechenden Stab abzustoßen und die Position dieses Stabes nur unter Verwendung der Daten von der anderen Gruppe zu präsentieren.

Die vierte Funktion des Kontrollraum-Eingangs-ZAusgangs-Koppel-

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werks besteht darin, Alarm- und Stab-Bodenendlage-Signale von der zentralen Steuereinheit 20 zu empfangen, eine 2/3-Logik (Mehrheitsbeschluß) oder eine 1/3-Logik (wie sie nachstehend beschrieben wird) auszuführen und das resultierende Signal zur Steuerung der Ausgangsrelais zu verwenden. Dies erfolgt durch die programmierbaren Pufferschaltungen 68 der Fig. 6. Schaltkreise 436 und 438 erhalten jeweils drei Signale (eins von jeder Steuer-Subeinheit innerhalb der Steuereinheit 20). Diese Signale entsprechen einer Logischen Null, wenn eine Entregung der entsprechenden Ausgänge 442 und 444 verlangt wird. Wenn die vierten Eingänge 446 und 448 den Zustand einer Logischen Null haben, so wird die Schaltung so programmiert, daß der Ausgang auf "Anfrage" eines oder mehrerer der drei Eingangssignale entregt wird. Wenn der vierte Eingang eine Logische Eins führt, so wird die Schaltung so programmiert, daß der entsprechende Ausgang auf "Anforderung" von zwei oder mehreren der drei Eingangssignale entregt wird. Der dritte Schaltkreis 440 ist ein 1/3-Schaltkreis für Signale, die eine Logische Eins präsentieren, um eine Entregung des Ausgangs zu fordern. Diese" Schaltkreise sind entsprechend Fig. 18 verbunden, so daß eine 2/3-Logik auf die Stab-Bodenendlage-Signale und eine 1/3-Logik auf Alarmsignale ausgeübt wird. Transistoren 450 sorgen für eine ausreichende Treiber-Kapazität, um bis auf 150mA abzusinken, um die Ausgangsleitungen zu speisen.

Diese Einheit führt somit vier Funktionen aus, die die einwandfreie Arbeitsweise und Stabilität des gesamten Systems erhöhen.

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Zentrale Steuereinheit

Die zentrale Steuereinheit 20 der Fig. 2, die in der Reaktor-Kontrollrauia-Elektronik enthalten ist, steuert jeden wichtigen Vorgang in dem System, einschließlich Folgesteuerung, Datenverarbeitung und Fehlerermittlung_o Infolgedessen stellt diese Steuereinheit in dem Ausführungsbeispiel, das zwei unabhängige Signalkanäle verwendet, um die Information zu führen, den einzigen gemeinsamen Bereich dar, der sowohl redundante Erfassungs- und Multiplex-Einheiten als auch die gesonderten Wiedergabeeinheiten (Steuertafel-Wiedergabe und Computer, wie nachstehend zu beschreiben) steuert« Daher ist die zentrale Steuereinheit 20 zur Erhöhung der System-Zuverlässigkeit aus drei identischen zentralen Steuer-Subeinheiten aufgebaut, die identische Vorgänge ausführen. Die Steuerung des Systems durch diese drei Subeinheiten erfolgt durch ein zuverlässiges "Mehrheitsbeschluß"-Logikschema, das einen Teil ' dieser Erfindung bildet« Auf diese Weise kann das System, auch wenn ein einzelner Fehler auftreten sollte, weiterhin einwandfrei unter Verwendung der verbleibenden beiden guten zentralen Steuer-Subeinheiten arbeiten. In gleicher Weise sind gesonderte gepufferte Ausgänge vorgesehen- um die Steuertafe!-Wiedergabe und den Computer oder die gesonderten Gruppen der Behälter-Elektronik zu steuern. Die zentrale Steuereinheit führt dann drei allgemeine Funktionen aus: Datenverarbeitung einschließlich notwendiger Fehlererfassung, wie mit Fig„ 7 veranschaulicht? Erzeugung von Folgesteuerungs-Signalen ,wie mit Fig. 8 veranschaulicht? Erfassung von Steuereinheit-Störungen, wie mit Fig. 9 veranschaulicht. Der elektrische Anschluß der einzelnen zentralen Steuer-Subeinheiten

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ist mit Pig. 17, 18 und 19 gezeigt.

Der Schaltungsaufbau der Fig. 8 dient zur Erzeugung der Folgesteuerungs-Signale, wie sie in dem Zeitdiagramm der Fig. 10 dargestellt sind. Der allgemein mit 70 bezeichnete Schaltkreis erzeugt ein Grund-Taktsignal, das mit zwei weiteren Taktsignalen ähnlicher Beschaffenheit, die in den beiden anderen Steuer-Subeinheiten auftreten, synchronisiert werden kann. Das Grund-Taktsignal wird durch die beiden NAND-Stufen 452 und 454, 456, 458 und den Kondensator 460 aufgebaut und hat in diesem speziellen Ausführungsbeispiel eine typische Periode von 264 ,us. Der für das Taktsignal maßgebliche Schaltkreis 70 wird durch einen positiven übergang entweder am Eingang SYN IN 1 oder SYN IN 2 synchronisiert. Daher synchronisiert das schnellste Taktsignal der Steuer-Subeinhei ten die anderen beiden. Das Taktsignal jeder Subeinheit speist dann einen 2-Bit-Zähler 72, dessen Ausgänge von einem allgemein mit 74 bezeichneten Schaltkreis ausgewertet werden, um vier Taktsignale zu erzeugen. Das Taktsignal Sl ist für die ersten 3/8 jeder Adressenperiode eine Logische Eins, während das Taktsignal S2B eine Logische Eins für die zweite Hälfte jeder Adressenperiode ist. Das Taktsignal S3B ist eine Logische Eins für das dritte Viertel jeder Adressenperiode und das Taktsignal S4 ist eine Logische Eins für das vierte Viertel jeder Adressenperiode, wie das mit dem Zeitdiagramm der Fig. 10 gezeigt ist. Diese Taktsignale werden durch die Datenverarbeitungs-Schaltungsanordnung der Fig. 7, die Wiedergabeeinheiten sowie in dem Computer-Eingangs-/ Ausgangs-Koppelwerk verwertet. Die Taktsignale S2B und S3B können zeitweilig durch das Eingangssignal "BLANK" und seinen zugehörigen

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Schaltkreis 75 unwirksam gemacht werden, wenn Störungen auftreten sollten. Das würde verhindern, daß die Widergabe-, Alarm- und Computer-Eingangs-ZAusgangs-Schaltungsanordnung mit fehlerhafter Information auf den neuesten Stand gebracht wird. Das "BLANKING"-Signal wird durch den Taktimpuls Sl in der Elektronik 76 (UND/ODER-Wahl) ausgetastet und ist kapazitiv gekoppelt, um zu verhindern, daß Fehler im Stab-Steuersystem das Stabpositions-Anzeigesystem andauernd durch "BLANKING" funktionsunfähig machen. Um eine fehlerhafte Trennung aller Steuereinheiten durch die "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungsanordnung zu verhindern, macht das "BLANK"-Signal, wenn es in irgendeiner Einheit ausläuft (nach einer festgelegten Zeitdauer abschaltet), das Taktsignal aller drei Steuer-Subeinheiten wirksam. Das letzte Bit des 2-Bit-Zählers 72, nämlich das Bit abspeist dann einen 7-Bit-Zähler 78 (vgl. Fig. 8A) , um die 7-Bit-Adressenkodes al - a7 zu erzeugen. Die Adressenkodes gelangen dann zunächst durch einen Analogschalter 80, der durch das erste Niveau.der "Mehrheitsbeschluß"-Logik gesteuert wird, und sodann über die Ausgangswiderstände 82 zu gesonderten Ausgängen. Die Widerstände 82 halten eine Trennung zwischen den Ausgängen aufrecht und verwirklichen das zweite Niveau der "Mehrheitsbeschluß" -Logik durch Schwellwert-Logik. Da jeder Ausgangsanschluß mit dem entsprechenden Anschluß der anderen Steuer-Subeinheiten verbunden wird, bevor er an das übrige System weiterverteilt wird, folgt die Spannung an diesem Knotenpunkt und für den Rest des Systems der "Mehrheitsmeinung". Wenn beispielsweise zwei Steuer-Subeinheiten eine Logische Eins am Ausgang al und die dritte Steuer-Subeinheit eine Logische Null liefern, so begünstigt das resultierende Signal infolge der Widerstandsteilerwirkung der

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Widerstände 82 den Zustand einer Logischen Eins. Da der Rest des durch diesen Knotenpunkt gesteuerten Systems ein spannungsgesteuerter Eingang hoher Impedanz mit einem Schwellwert von annähernd einer Hälfte der Energieversorgung ist, wird eine Schwellwert-Logik verwirklicht, und das Signal wird gewöhnlich als eine Logische Eins angenommen (die Stimme von zwei unter drei Subeinheiten). Der Schaltkreis 73 mit den ÜAND-Stufen 77, Schaltern 80 und Widerständen 82 verhält sich in der gleichen Weise, um die inverten Adressensignale zu verteilen. Der zwischen den beiden 7-Bit-Zählern 78 und 86 gezeigte Schaltkreis 84 setzt die 2-Bit- und 7-Bit-Zähler 72 bzw. 78 nach einem zyklischen Durchlauf der richtigen Anzahl Adressen rück. Eine Logische Null am Anschluß 88 für das periodische Wiederholungsprogramm sorgt für ein Rücksetzen des Zählers 78 nach 80 Adressen, während eine Logische Eins an dem Anschluß 88 für das periodische Wiederholungsprogramm für ein Rücksetzen des Zählers nach 112 Adressen sorgt (um jede mögliche gewünschte zukünftige Erweiterung des Systems zu berücksichtigen). Das letzte Bit des 7-Bit-Zählers 78 taktet den zweiten 7-Bit-Zähler 86 so, daß er das Blitz- oder Flackersignal F¹ (von etwa 3 Hz) und die Rücksetzsignale RT und R2~ erzeugt, wie das im Zeitdiagramm der Fig. 10 veranschaulicht ist.

Der allgemein mit 90 bezeichnete Schaltkreis dient zur Synchronisierung des Zählers je vollständigem Zyklus. Die SYNC-Eingänge des Zählers reagieren wiederum auf einen positiven übergang, und der erste Zähler, der einen vollständigen Zyklus durchlaufen hat, synchronisiert die anderen beiden durch Rücksetzen aller Zähler-Bits auf einen Logische Null-Zustand. Das GO-Signal 92 ist immer

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dann eine Logische Eins, wenn eine Wiedergabeeinheit existiert und adressiert und getaktet worden ist. Dieses Signal dient in dem Datenverarbeitungsvorgang der zentralen Steuereinheit dazu, die Alarmschaltungen nur dann zu aktivieren, wenn die Daten gültig sind, d. h. wenn ein Stab für die verarbeitete Adresse existiert. Die dem GO-Signal zugeordnete entsprechende Schaltungsanordnung dient nur dazu, das Signal so zu konditionieren, daß es mit der in Fig. 7 gezeigten Steuer-Schaltungsanordnung kompatibel ist. Diese zugehörigen Elemente ermöglichen es, das System ohne weiteres zu erweitern, ohne den verwendeten inneren Schaltungsaufbau zu komplizieren.

Für jeden von dem Folgesteuerungs-Teil der zentralen Steuereinheit erzeugten Adressenkode wird die Position eines bestimmten Stabes in Gray-Kode-Form von den Behälter-Kodiereinheiten über die zuvor beschriebenen Behälter- und Kontrollraum-Eingangs-/ Ausgangs-Koppelwerkeinheiten gewonnen. Für jeden Gray-Kode wird. das P -Signal von dem Kontrollraum-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk zu den Eingängen der zentralen Steuereinheit gebracht, wie das in Fig. 7 und 18 gezeigt 1st. Die mit diesen Eingängen in Reihe geschalteten Dioden und Widerstände sorgen für einen zusätzlichen Schutz der COS/MOS-Schaltungsanordnung. Den Eingängen M_A und l/L· von örtlichen überwachungsschaltern zugeordnete Widerstände zwingen diesen Eingängen den Zustand einer Logischen Null auf, wenn sie frei schwebend gelassen werden. Die Gray-Kode-Eingänge alpha, beta, gamma, sigma, epsilon werden zunächst durch die von dem Schaltkreis 94 der Fig. 7 gesteuerten Schaltkreise 462 und 464 (UND/ODER-Wähleinheiten) gewählt« Wenn ein Fehler-Kode Hill

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(alpha, beta, gamma, sigma, epsilon) in einem Gray-Kode gefunden wird oder das entsprechende P -Signal eine Logische Eins ist, die einen Parity-Fehler anzeigt, oder wenn der entsprechende Überwachungsschalter (der entweder M oder M_ß zugeordnet ist} so eingestellt worden ist, daß er seine Datengruppe abhält, indem die M-Eingänge (wobei M_A dem Kanal A und M₃ dem Kanal B zugeordnet ist) dazu gebracht werden, eine Logische Eins zu sein, so werden die davon betroffenen Daten gestrichen und durch den anderen Gray-Kode von dem anderen Kanal ersetzt. Wenn beispielsweise der Kanal B betroffen ist, so ist das Signal E eine Logische Eins, die ver-

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wendet werden kann, um einen "nicht dringlichen" Alarm zu erzeugen sowie eine allgemeine Warnung hinsichtlich der betroffenen Stäbe, deren Wiedergabe nun mit halber Auflösung in der Kontrollraum-Wiedergabeeinheit erfolgt. Die so zur Verfügung gestellten Gray-Kodes werden durch gefilterte Speicher 96 während des Taktsignals Sl (die ersten 3/8 jeder Adressenperiode) gespeichert. Die Gray-Kodes von jeder Gruppe werden dann mit dem Schaltkreis 98 in Fig. 7 verglichen. Wenn eine Differenz von mehr als einem Bit auftritt, dann existiert in einem oder beiden Bestandteilen der Daten ein Fehler, und E. ist gleich einer Logischen Eins, die zur Auslösung eines "dringenden" Alarms eingesetzt wird, um einen "dringenden" Alarm ertönen zu lassen und eine Stab-Bodenendlage-Anzeige sowie eine allgemeine Warnungsanzeige hinsichtlich des betroffenen Stabes zu erzwingen. Die so gespeicherten und verglichenen beiden Gray-Kodes werden durch exklusive ODER-Stufen 100 in einen Binär-Kode umgewandelt und unter Verwendung von Addierern 466 und 468 durch eine algebraische Addition zusammengefaßt. Zu diesem Zeitpunkt ist die absolute Lage des Stabes mit

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maximal möglicher Genauigkeit und in Binär-Kode-Form verfügbar. UND/ODER-Wähleinrichtungen 470 und 472 wählen entweder die absolute Lage des Stabes in Binär-Kode-Form oder das Flackersignal F¹ für die Weiterleitung an die Wiedergabe. Wenn das Flackersignal F¹ gewählt wirdy und F' eine Logische Eins ist, sind keine lichtemittierenden Dioden, außer möglicherweise der allgemeinen Warnung, eingeschaltet. Wenn F' eine Logische Null ist, so wird die eine Stab-Bodenendlage anzeigende Lampe aktiviert. Das führt dazu, daß ein einer Bodenendlage des Stabes entsprechendes Flackersignal entweder dann erzeugt wird, wenn der Stab auf den Boden auftrifft, oder aber ein "dringender" Alarm ausgelöst wird,-was bei Bedarf durch eine kurze Drahtverbindung zwischen den Anschlüssen 474 und 476 verwirklicht werden kann. Die wiederzugebende, resultierende Stab-Positionsanzeige gelangt durch die Analogschalter 102 (sofern diese" Steuereinheit sich nicht als fehlerhaft erwiesen hat) , durch die Ausgangswiderstände 1O4 (die wiederum das zweite, in Reserve gehaltene Niveau des "Mehrheitsbeschlusses" durch die Schwellwert-Logik repräsentieren) und zu den Ausgängen, um von dort an die Wiedergabe weitergeleitet zu werden. Die Dioden sorgen für einen zusätzlichen Schutz der COS/MOS-Schaltungsariordnung. Die entsprechenden Wiedergabe-Datenausgänge aller Steuereinheiten sind zur Verteilung auf die Wiedergabe parallel verdrahtet, wie das mit Fig. 18 gezeigt ist. Der Schaltkreis 106 erzeugt das "dringende" Alarmsignal (EyA) , wenn die tatsächliche Lage des Stabes von den Addierern 466 und 46 8 in Binär-Kode-Form als den Wert 39 in Binär-Kode-Form (E39) übersteigend ermittelt wird.oder die Gray-Kodes um mehr als ein Bit (E,) voneinander abweichen oder wenn Fehler in beiden Gray-Kodes gleichzeitig (E und E) gefunden werden.

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m^D/ODER-vfahleinrichtungen 478 und 480 tasten jeweils das Fehlersignal (E_A, E_ß und EyA) sowie das von S4 (welches während des vierten Viertels jeder Adressenperiode eine Logische Eins ist) gegatete Stab-Bodenendlage-Signal für zwei aufeinanderfolgende Perioden durch die Adressenkodes ab, bevor sie durch RT oder R*2~ gelöscht werden. Jedoch überlappen die beiden aufeinanderfolgenden Perioden der Wähleinrichtung 478 die beiden aufeinanderfolgenden Perioden der Wähleinrichtung 480 über eine vollständige Periode, wie das- mit den Rl- und R2-Signalen in dem Zeitdiagramm der Fig. 10 gezeigt ist. Die gespeicherten Ausgänge der Wähleinrichtungen 478 und 480 werden durch die NOR-Logik 108 der Fig. 7 zusammengefaßt, um die örtlichen, ein Flacker-Alarmsignal erzeugenden lichtemittierenden Dioden zu steuern und Ausgangssignale für eine gelegentliche Steuerung von bistabilen Schaltkreisen für die Alarm- und die Stab-Bodenendlage-Anzeige über Kontrollraum-Relais zu erzeugen.

Die dritte wesentliche Funktion der zentralen Steuereinheit, d. h. die "Mehrheitsbeschluß"-Steuerung des Systems, wird durch den Schaltkreis der Fig. 9 und dessen Verbindung mit der zentralen Steuereinheit entsprechend Fig. 20 verwirklicht. Der Schaltkreis 110 der Fig. 9 vergleicht alle von einer bestimmten Steuer-Subeinheit erzeugten maßgeblichen Steuersignale mit den äquivalenten Signalen von den anderen beiden zentralen Steuer-Subeinhelten. Wenn irgendein Signal mit den beiden äquivalenten Signalen nicht übereinstimmt, so wird davon ausgegangen, daß die abweichende Steuer-Sübeinheit eine Störung aufweist, so daß diese Steuer-Subeinheit dann von dem System abgetrennt wird, indem das Signal D_IS gleich einer Logischen Eins gemacht wird, wodurch alle der gestör-

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ten Subeinheit zugeordneten Analogschalter geöffnet werden. Das würde dann auch zu einem örtlichen Alarm bezüglich der beeinträchtigten Steuer-Subeinheit und zu einer Deaktivierung der Ausgangslast der gestörten Steuer-Subeinheit führen. Dieses Signal kann unmittelbar oder in Verbindung mit dem "dringenden" oder "nicht dringenden" Alarm verwendet werden, um einen Wiedergabe-Melder des Schaltbords zu steuern. Ferner kann jede der Steuer-Subeinheiten aus dem System herausgetrennt werden, indem ein entsprechender Steuer-Subeinheit-Trennschalter verwendet wird, der den entsprechenden manuellen Trenn-Eingang 112 mit einer Logischen Eins beaufschlagt. Diese Funktion wird jedoch durch den Sehaltkreis überbrückt. Es ist äußerst wichtig, daß zu keinem Zeitpunkt alle zentralen Steuer-Subeinheiten vom System abgetrennt werden, wie das beim Auftreten von mehreren Störungen der Fall sein könnte. Daher wird jeder zentralen Steuer-Subeinheit eine Priorität gegeben. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel hat die Steuer-Subeinheit I die höchste Priorität, so daß sie, wenn die beiden anderen Subeinheiten entweder abgetrennt oder entfernt werden, das System weiterhin steuert. Wird die Steuer-Subeinheit I entfernt, so läßt sich die Steuer-Subeinheit II, die die zweithöchste Priorität aufweist, nicht abtrennen, wenn die Steuer-Subeinheit III bereits abgetrennt worden ist. Wenn schließlich sowohl die Steuer-Subeinheit I als auch die Steuer-Subeinheit II entfernt worden sind, so läßt sich die Steuer-Subeinheit III unter keinen Umständen abtrennen. Die Priorität wird verwirklicht durch die Verbindung der Steuer-Subeinheiten entsprechend dem mit Fig. 19 wiedergegebenen Verdrahtungsρlan. Alle örtlichen und entfernten Alarmeinrichtungen bleiben weiterhin in Funktion, selbst wenn eine Steuer-

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Subeinheit daran gehindert worden ist, abgetrennt zu werden.

Dementsprechend steuert die zentrale Steuereinheit alle wichtigen Vorgänge innerhalb des Systems, das als einziger gemeinsamer Bereich verbleibt, der sowohl redundante Detektor- und Multiplex-Einheiten als auch die gesonderte Wiedergabeeinheit steuert.

Wiedergabe-Karten

Für jeden durch das Stab-Positionsanzeige-System zu überwachenden Stab ist jeweils nur eine Wiedergabeeinheit erforderlich. Fig. 11 und 12 zeigen schematisch den Aufbau der Wiedergabeexnheit und ihre Anordnung in der Kontrollraum-Elektronik. Die Wiedergabeeinheit übt zwei Grundfunktionen aus. Einmal zeigt sie die Position jedes überwachten Stabes, einschließlich des örtlichen Alarms, für jeden einzelnen Stab an, und zum andern liefert sie das GO-Signal an die zentrale Steuereinheit, so daß das gesamte System in vereinfachter Weise mit einem Minimum an erforderlicher Rückverdrahtung erweitert werden kann.

Die erste von der Wiedergabeexnheit ausgeführte Funktion wird durch den gesamten mit Fig. 11 wiedergegebenen Schaltungsaufbau verwirklicht, mit Ausnahme des allgemein mit.116 bezeichneten Schaltkreises, der den Transistor 500, den Widerstand 502 sowie, die Diode 504 enthält. Der die Stabposition repräsentierende 6-Bit-Binär-Kode wird an die Eingänge D⁰ bis D⁵ aller Wiedergabeeinheiten verteilt, wie das mit Fig. 17 gezeigt ist. In gleicher Weise wird das allgemeine Warnsignal G.W. an den G.W.-Eingang

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aller Wiedergabeeinheiten verteilt» Die Adressen- und Taktsignal-Eingänge sind mit den Adressenleitungen von den zentralen Steuer-Subeinheiten so verbunden, daß jede Wiedergabeeinheit einer einzigen Adresse A¹I bis A¹7 entsprechend FIg₀ II zugeordnet ist. Jede Einzel-Adresse wird durch die Verbindung der Wiedergabeeinheiten mit den Adressen erstellt. Dioden 506 und Widerstände 508 sorgen für einen zusätzlichen Schutz der COS/MOS-Schaltungsanordnung. Der Schaltkreis 118 der Fig. 11 führt die Funktion einer Verriegelung mit dem gefilterten Speicher aus „ Die Verriegelungseinrichtungen werden durch den Schaltkreis 120 getaktet, wenn alle Adressen und Taktsignal-Eingänge Logische Einsen sind. Da jede Wiedergabe-Subeinheit eiser Einzel-Adresse zugeordnet ist, werden die Verriegelungseinrichtungen daher nur während der zweiten Hälfte der Adressenperiode getaktet, die durch die Rückverdrahtung zu dieser Subeinheit und ihres zugehörigen Stabes zugeordnet ist. Die so gespeicherte allgemeine Warnung wird verwendet, um die lichtemittierenden Dioden für die Allgemeine Warnung über eine NAND-Stufe 510, einen Widerstand 512 sowie einen Transistor 514 zu speisen. Der 6-Bit-Binär-Kode muß jedoch durch die NAND- und NOR-Stufen 122 dekodiert werden, um die Zeilen- und Spalten-Matrix der lichtemittierenden Dioden 124 zu speisen. Transistoren 516 bis 540 sorgen für eine weitere Strom-Treiberkapazität. Zu einem bestimmten Zeitpunkt werden nur eine Zeile und eine Spalte angewählt, so daß nicht mehr als eine lichtemittierende Diode in der Matrix Licht emittiert. Jede lichtemittierende Diode repräsentiert sechs Stufen des Stab-Mantelmechanismus in dem Steuerstab-Antrieb. Der Übergang von einer lichtemittierenden Diode (beispielsweise 6) zur nächsten (beispielsweise 12) erfolgt in der Mittellage einer Spule

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(beispielsweise 9). Die in Fig. 11 vorgesehene Tabelle zeigt die entsprechende Stabposition in Stufen, zusammen mit dem entsprechenden digitalen Ausgangs-Kode und der lichtemittierenden Diode.

Die zweite von der Wiedergabeeinheit ausgeführte Funktion besteht in der Abgabe des GO-Signals an die zentrale Steuereinheit. Das erfolgt mittels des Transistors 500, des Widerstands 502 und der Diode 504, wie sie in dem allgemein mit 116 bezeichneten Schaltkreis der Fig. 11 zusammengefaßt sind. Wenn eine Wiedergabe-Subeinheit sowohl adressiert als auch getaktet wird, so hebt sie auch die gemeinsame GO-Leitung zu der zentralen Steuereinheit an, um das Vorhandensein einer Wiedergabeeinheit zu verifizieren und damit die Notwendigkeit, eine überprüfung der Stab-Bodenendlage und des Alarms bezüglich des durch diese Adresse angewählten Stabes vorzunehmen. Wenn das GO-Signal nicht erscheint, so ist keine Wiedergabe-Subeinheit vorhanden, weil kein Stab durch diese Adresse überwacht wird. Auf diese Weise wird ein einfaches Standard-Rückverdrahtungs-"Paket" erzeugt, das in der Lage ist, auch noch das größte in der Zukunft zu erwartende System zu handhaben. Der Einsatz für ein bestimmtes System erfolgt durch Einführen nur der erforderlichen Anzahl Einheiten, zwei Kodierer und eine Wiedergabe-Subeinheit je Stab. Da die Rückverdrahtung standardmäßig und einfach ist, läßt sie sich mit wirtschaftlicheren Mitteln als durch manuelle Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung verwirklichen. Dabei kann es sich um automatische Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung, Sammelleitungsverdrahtung und Verfahren mit gedruckten Schaltungen handeln.

Um eine akzeptable Wiedergabe herzustellen, stehen verschiedene

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Möglichkeiten ähnlich der mit Fig. 12 veranschaulichten zur Verfügung. Hier werden die Wiedergabe-Subeinheiten 126 in einem Kartenkäfig 128 in herkömmlicher Weise untergebracht, über die Vorderseite des KArtenkäfigs 128 ist ein Lichtfilter 130 gebracht, um für einen niedrigen Umgebungslichtwert in dem Kartenkäfig und somit für ein besseres-Kontrastverhältnis zwischen dem Zustand bei abgeschaltetem Licht einerseits und bei eingeschaltetem Licht andererseits zu sorgen. Infolge der Nachgiebigkeit eines solchen Filters kann eine starre Stützplatte 132 vor oder möglicherweise hinter dem Filter angeordnet werden. Diese Stützplatte kann Metall mit - wie gezeigt - ausgestanzten Schlitzen oder ganzen ausgestanzten Bereichen für Gruppen von Steuerstäben sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, klares Plexiglas oder Bilderglas für die Stützplatte zu verwenden. Dabei kann die Blendung durch reflektiertes Licht durch chemische Behandlung der Oberfläche oder Verwendung einer sehr leicht mattierten Oberfläche auf einem Minimum gehalten werden. Buchstaben können entweder auf die Vorderoder die Rückseite der durchsichtigen Stützplatte oder auf die Vorderseite des Filters aufgebracht werden»

Die Wiedergabeeinheit gibt somit die Position jedes einzelnen überwachten Stabes einschließlich des örtlichen Alarms für jeden einzelnen Stab wieder, und ferner stellt sie ein weiteres Signal für die zentrale Steuereinheit sur Verfugung, so daß sich ein vereinfachtes Erweiterungsschema für das zu verwendende System ergibt«

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Computer-Elngangs-ZAusgangs-Koppelwerk

Die Funktion des Computer-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerks besteht darin, die Stabpositions-Information an eine Form anzupassen, wie sie sich für die meisten Computer eignet. Es ist offensichtlich, daß die resultierende Einheit mit der vorhandenen Hardware, wie sie allgemein in den meisten Prozeßrechnern zur Verfügung steht, kompatibel sein muß. Kontaktschluß-Eingangs- und Ausgangs-Hardware steht im allgemeinen bei den meisten Prozeßrechnern zur Verfügung, und die vorliegende Verwirklichung eines typischen Ausführungsbeispiels nach der Erfindung ist so ausgelegt, daß sie damit kompatibel ist. Wenngleich das resultierende Koppelwerk (Interface) als verhältnismäßig langsam angesehen werden kann, so ist es doch für die durch das System geforderten Anwendungszwecke adäquat, und es gewährleistet die beste Kompatibilität mit den verschiedenen Maschinen. Ein weiteres Erfordernis dieser Erfindung besteht darin, daß sie nicht von dem Computer abhängig sein und unter bestimmten Fehlerbedingungen arbeiten darf, wobei es jedoch notwendig ist, die Übertragung der Information an den Computer in einfacher, wirksamer Weise zu synchronisieren. Aus diesem Grunde ist an dem Computer-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk ein großer Speicher vorgesehen, der so ausgelegt ist, daß er die gesamte verfügbare Stabpositions-Information speichert. Der Speicher wird periodisch mit Information, die die beiden 5-Bit-Gray-Kodes und die beiden Parity-Bits liefern, auf den neue'sten Stand gebracht. Der Computer kann dann die Daten in ähnlicher Weise wie die zentrale Steuereinheit verarbeiten, um eine gesonderte "Meinung" bezüglich der Stabposition zu erzielen, unabhängig von der Lichtemissions-Dioden-

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Wiedergabe. Zusätzlich wird durch das Computer-Eingangs-ZAusgangs-Koppelwerk jedesmal eine Unterbrechung erzeugt, wenn irgendwelche Daten in einem Adressenzyklus ihre Zustände ändern. Daher braucht der Computer nur zu lesen, wenn das notwendig ist.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild des Computer-Eingangs-ZAusgangs-· KoppelwerkSf und ein korrespondierendes Zeitdiagramm ist mit Fig. 14 wiedergegeben. Jede Ädressenperiode ist in drei Abschnitte durch die Taktsignale SA, S3B und S4 unterteilt. Während der ersten drei Viertel jeder Adressenperiode (durch SA und S3 gesteuert) steuert die zentrale Steuereinheit das Computer-Eingangs-/ Ausgangs-Koppelwerk,-um die Änderung des Zustands zu bestimmen und die Information im Speicher auf den neuesten Stand zu bringen. Während des letzten Viertels jeder Adresse (gesteuert von S4) wird die Steuerung des Speichers an die Kontaktschließ-Eingänge des Computers übergeben, so daß der Computer die Lage eines Stabes aus dem Speicher ablesen kann. Die Wahl des jeweiligen Stabes wird durch den Adressenwähler 446 bestimmt, wie er in Fig. 13 wiedergegeben ist.

Während der ersten Hälfte jeder Adressenperiode, die durch SA gesteuert wird, werden neue Daten für den gewählten Stab von der zentralen Steuereinheit in einem 14-Bit-Puffer bzw. -Zwischenspeicher 134 gespeichert. Die alten Daten für diesen Stab werden von dem 14 χ 128-Speicher mit direktem Zugriff (RAM) 542 gelesen und in einem ^-Bit-Zwischenspeicher 140 gespeichert. Die dem System durch die Computer-Kontaktschließ-Ausgänge zugeführte Adresse wird in einem l4-Bit-£wischenspeicher 544 gespeichert, wie er in dem

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Blockschaltbild der Fig. 13 enthalten ist. Während des dritten Viertels jeder Adressenperiode, das durch S3 gesteuert wird, werden die neuen Daten für die angewählte Stabposition in den 14 χ Speicher mit direktem Zugriff 542 geschrieben und während des Taktsignals SA mittels des Koinzidenz-Detektors 146 mit den zuvor in dem 14-Bit-Zwischenspeicher 140 gespeicherten alten entsprechenden Daten verglichen. Wenn eine Zustandsänderung eingetreten ist, so wird eine Unterbrechung an den Computer während des nächsten Adressenzyklus durch den Unterbrechungs-Generator 138 weitergegeben. Während des vierten Viertels jeder Adressenperiode gibt der Adressenwähler 446 die Steuerung des 14 χ 12 8-Speichers mit direktem Zugriff 542 an die in dem 14-Bit-Zwischenspeicher 544 während SA gespeicherte Adresse von dem Computer weiter. Zu diesem Zeitpunkt werden dieser Adresse entsprechende Daten von dem 14 χ 128-Speicher mit direktem Zugriff 542 gelesen und in einem 14-Bit-Zwischenspeicher 142 gespeichert. Die Ausgänge dieses Zwischenspeichers 142 werden über den Koppelwerk-Schaltkreis 548 an den Computer weitergegeben. Dieser Vorgang wird für jede Adressenperiode wiederholt. Daher tritt maximal eine Verzögerung von 2 ms zwischen der Zeit, zu der die Adressen-Kontaktschließ-Eingangssignale geliefert werden, und der Zeit, zu der die entsprechenden Daten für den Computer stetig sind, auf. Die P-250-Computer- (hergestellt von der

Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, Pennsylvania) Eingangs-/ ιdie mit diesem Koppelwerk kompatibel sind,

Aus gangs-Karter?, sind in Fig. 13 beispielsweise veranschaulicht.

Ein Schema des Computer-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerks ist mit Fig. 15 und 16 gezeigt. Ein Vergleich des Blockschaltbilds der Fig. 13 mit dem Schema zwigt, daß der 14-Bit-Zwischenspeicher 134

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mit Filter entsprechend Fig. 13 durch die ÜND/ODER-Wähleinrichtungen 550 bis 556 und zugehörige Hardware verwirklicht ist, wie das mit Fig. 15 und 16 gezeigt ist. Es versteht sich, daß der schematische Aufbau nach Fig. 16 nur eine Fortsetzung des schematischen Aufbaus nach Fig. 15 ist. Der Koinzidenz-Detektor 136 der Fig. 13 wird durch den in Eg.- 15 mit 136 verwirklicht. Der 14 χ 128-Speicher mit direktem Zugriff 542 ist aus den einzelnen 64-Bit-Speichern mit direktem Zugriff 558 bis 612 aufgebaut, wie sie in Fig. 15 und 16 gezeigt sind. Der Adressenwähler 546 der Fig. enthält die UND/ODER-Wähleinrichtungen 614 und 616 der Fig. 16, während die Filter durch die zugeordneten Widerstände und Kondensatoren gebildet werden. Der Unterbrechungs-Generator 138 der Fig. 13 ist in Fig. 15 mit dem Bezugszeichen 138 angedeutet. Der 14-Bit-Zwischenspeicher 140 der Fig. 13 ist aus Vierfach-Verriegelungen 618 bis 624 aufgebaut und in Fig. 15D ebenfalls mit 140 bezeichnet. Der ^-Bit-Zwischenspeicher 142 der Fig. 13 ist aus Vierfach-Verriegelungen 626 bis 632 aufgebaut und in Fig. 16 mit 142 bezeichnet, etc.. Ein Querbezug zu der Beschreibung bezüglich des Blockschaltbildes der Fig. 13 ermöglicht es dem einschlägigen Fachmann, die beschriebenen Schaltungen in einfacher Weise zu verwirklichen, um die angegebenen Funktionen für das Computer-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk vorzusehen» Die Verbindung der Signale ■ ergibt sich aus der Bezeichnung mit jeweils gleichen Bezugszeichen.

Gegenseitige Verbindung von Subeinheiten zur Bildung des Lage- bzw. Positions-Anzeigesystems

Das beschriebene Ausführungsbelspiel der Erfindung mit Sub- oder Teilschaltungen ist vorgesehen worden ? wo. eine vereinfachte Zwi-

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schenverbindung der beschriebenen Subeinheiten zu ermöglichen, die das erfindungsgemäße System bilden. Das Ergebnis kann auf ein einfaches Standard-Rückverdrahtungsmuster erstreckt werden, das sich auf alle Stabpositions-Anzeigesysteme, die von der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen, anwenden läßt. Die resultierende Rückverdrahtung läßt sich durch Verwendung automatischer Punkt-zuPunkt-Verdrahtung, Sammelleitungs-Verdrahtungstechniken einschließlich SammelleitungsHJmschlingung oder Karten mit gedruckten Schaltungen verwirklichen. Eine Anpassung an Kundenwünsche für einen bestimmten Anwendungszweck erfolgt dadurch, daß nur die notwendige Anzahl Subeinheiten geliefert wird, die notwendig sind, um die beweglichen Körper (im vorliegenden Fall Steuerstäbe) zu überwachen, deren Position jeweils ermittelt werden soll.

Die Kontrollraum-Elektronik-Verdrahtung ist mit Fig. 17, 18 und 19 gezeigt. Fig. 17, 18 und 19 zeigen die Verbindungen des Eingangs-/ Ausgangs-Koppelwerks und der Steuer-Subeinheiten mit den Wiedergabe-Subeinheiten. Diese Lösung gestattet es wiederum, ein Standard-Rückverdrahtungsmuster für alle Systeme zu verwenden, bei denen eine Anpassung an die Kundenwünsche erfolgt, indem nur die Wiedergabekarten geliefert werden, die den iatsächlich vorhandenen Stäben entsprechen.

Die Verbindung der Elemente und die Erläuterung ihrer jeweiligen Arbeitsweise erfolgte zwar im Hinblick auf die Erfassung der Position von Steuerstäben in einem Kernreaktor, jedoch versteht es sich, daß diese Erfindung sich auf einen weiten Bereich von Positionsanzeigevorrichtungen anwenden läßt, insbesondere auf solchen

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Gebieten, wo langgestreckte bewegliche Körper mit einem Freiheitsgrad überwacht werden sollen. Auf diesen Gebieten läßt sich die Analogie zur Steuerung der Stabpositionsanzeige unmittelbar anwenden.

Datenverarbeitung durch den Anlagen-Computer

Zwar ist der Anlagen-Computer nicht unmittelbar Bestandteil der Erfindung, jedoch ermöglicht das Computer-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk es, die Erfindung beinahe universell in Verbindung mit jedem Digital-Computer einzusetzen. Der Anlagen-Computer erhält die Position jedes Stabes über das Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk, um dann eine Datenaufzeichnung vorzunehmen, Stababweichungen zu ermitteln oder andere Vergleiche durchzuführen. Um den Geräteaufwand zwischen dem Computer und dem Detektor auf einem Minimum zu halten, werden die dem Computer zugeführten Daten in unbehandelter Gray-Kode-Form geliefert, gerade so, wie sie von dem Behälter empfangen wurden, so daß nur ein geringes Maß an Verarbeitung erforderlich ist, um die tatsächliche Stabpositioh zu erhalten.

Beim periodischen Durchlauf des Positionsanzeigesystems durch seine Multiplexfolge überprüft es die Information jeder Adresse im Vergleich zu der in der letzten Durchlaufperiode erhaltenen. Wenn die Information sich geändert hat, liefert das Positionsanzeigesystem an den Computer während der nächsten -Adressenperiode eine Unterbrechung. Der Computer tastet dann diese Unterbrechung alle acht Sekunden einmal ab. Wenn eine Unterbrechung aufgetreten ist, so führt der Computer den Zustand aller vorhandenen Stäbe ein.

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Dies erfolgt, indem die Adresse des gewünschten Stabes unter Verwendung der Kontaktschließ-Ausgänge zur Verfügung gestellt wird und nach einer Hardware-Verzögerung von 9ms die von dem Positionsanzeigesystem zur Verfügung gestellte resultierende Information gelesen wird. Nachdem alle Einzelheiten der Daten gelesen worden sind, kann eine neue Adresse aufgestellt werden. Jedes Bestandteil der Daten muß verarbeitet werden, um die wahre Stabposition zu ermitteln, ehe eine Speicherung für spätere Verwendungszwecke vorgenommen werden kann. Jeder 5-Bit-Gray-Kode und jedes Parity-Bit muß auf Parity-Fehler und Fehler-Kodes hin überprüft werden. Es wird mit gerader Parity gearbeitet, und die Fehler-Kodes sind in Fig. 4 gezeigt. Die Gray-Kodes werden dann in Binär-Kodes umgewandelt, wie das mit Fig. 3 gezeigt ist. Wenn keine Fehler gefunden wurden, wird die wahre Stabposition in Stufen erhalten, indem die beiden 5-Bit-Binär-Kodes addiert und mit sechs multipliziert werden. Wenn in einem Gray-Kode ein Fehler gefunden wurde, so würde die wahre Stabposition erhalten, indem der verbleibende gute Binär-Kode mit sich selbst addiert, mit sechs multipliziert und dann drei addiert bzw. subtrahiert würde (wobei die Addition von drei erfolgt, wenn der Fehler in den Daten des Kanals A gefunden wurde, während eine Subtraktion von drei erfolgt, wenn der Fehler in den Daten des Kanals B gefunden wurde). Wenn in beiden Gray-Kodes ein Fehler gefunden wurde oder die Binär-Kodes in ihrer Größe um mehr als eins abwichen, sollte die resultierende wahre Stabposition in den Stab-Bodenendlage-Zustand (00000) gezwungen werden. Die resultierende wahre Stabposition kann im Hinblick auf Stab-Bodenendlage-Information untersucht werden, wenn dies gewünscht wird, indem von dem Kriterium Gebrauch gemacht wird, daß der Stab weniger als vier

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Stufen ausmacht. Ein Stab-Bodenendlage-Kontaktschließ-Ausgang steht bei Bedarf von dem Positionsanzeigesystem aus zur Verfügung. Die wahre Position kann dann gespeichert werden, mit einem zugehörigen Kode, der den Typ der gefundenen Fehler anzeigt. Gelegentliche Stab-Abweichungs-Vergleiche können unter Anwendung der folgenden Kriterien durchgeführt werden?

1) Wenn alle zum Vergleich stehenden Stäbe volle Genauigkeit aufweisen (keine Fehler), sollte ein Stab-Abweichungs-Alarm nur ausgelöst werden, wenn eine Abweichung von neun Stufen oder mehr ermittelt wird;

2) wenn einer der zum Vergleich stehenden Stäbe halber Genauigkeit unterliegt (es wurde ein Fehler entweder im Kanal A- oder im Kanal B-Gray-Kode gefunden), dann sollte ein Alarm ausgelöst werden, wenn dieser Stab von einem anderen um 13 oder mehr Stufen abweicht; und 3) wenn die Position eines der zum Vergleich stehenden Stäbe unbekannt ist (es wurde ein Fehler sowohl im Kanal A- als auch im Kanal B-Gray-Kode gefunden oder die Binär-Kodes wichen um mehr als eins ab), dann sollte ein diesen Stab betreffender Vergleich einen Alarm auslösen.

So läßt sich ein Programm zur Durchführung dieses Verfahrensablaufs durch den mit der Computertechnik vertrauten Fachmann aufstellen, indem die von dem Computer-Eingangs-/Ausgangs-Koppelwerk der vorliegenden Erfindung gelieferten Eingangssignale verwertet werden.

Das beschriebene Positionsanzeigesystem nach der Erfindung "bietet damit eine Vielzahl Verbesserungen gegenüber bestehenden Systemen.

Ungleich bestehenden Systemen ist es von Natur aus linear, indem

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identische Spulen verwendet werden, mit den sich daraus zwangsläufig ergebenden Eigenschaften einer Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen, Änderungen der magnetischen Eigenschaften, Schwankungen der Energieversorgung, Stabdurchmesser der Magnetisierung etc.. Darüber hinaus besitzt das System die Fähigkeit, sich unter Inkaufnahme eines nur geringen Verlustes an Auflösung bezüglich des erfaßten beeinträchtigten Körpers von den meisten Fehlfunktionen zu "erholen". Eine teure Verdrahtung wird durch den Einsatz von Multiplex-Schaltungen verringert. Alle bisher für die Erfassung der Stab-Bodenendlage vorgesehenen bistabilen Bausteine werden eliminiert. Computer-Eingangs-/Ausgangs-Hardware wird auf ein Minimum reduziert. Da ferner das System digital ist, wird die Anfangsgenauigkeit durchweg aufrechterhalten, ohne daß für eine Eichung gesorgt werden müßte. Außerdem steht mit der Lichtemissions· Dioden-Matrix eine übersichtliche, zuverlässige und preiswerte Wiedergabe zur Verfügung.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel eines redundanten Systems in Verbindung mit Fig. 21 - 26 erläutert.

Eine ausgezeichnete Möglichkeit, entsprechend der vorliegenden Erfindung für eine Fehlererfassung und -korrektur zu sorgen, läßt sich mit Hilfe der "Mehrheitsbeschluß"-Logik (zwei aus drei oder Schwellwert-Logik) verwirklichen. Die unmittelbare Verwirklichung dieses Konzepts kann in zweifacher Weise erfolgen. Einmal kann ein "zentriertes" "Mehrheitsbeschluß"-Schema entsprechend Fig. 22, zum andern ein distributives "Mehrheitsbeschluß"-Schema entsprechend Fig. 23 verwendet werden.

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Bei der "zentrierten" "Mehrheitsbeschluß"-Anordnung nach Fig. 2 werden die drei zentralen redundanten Steuereinheiten I, II und III verwendet. Die drei entsprechenden Ausgangssignale von den zentralen Steuereinheiten I, II und III werden durch einen gemeinsamen "Mehrheitsbeschluß"-Schaltkreis mit der Inschrift "Schwellwert-Logik" verarbeitet. Das resultierende Ausgangssignal von dem "Mehrheitsbeschluß'"'-Schaltkreis wird auf die verschiedenen Wiedergabeeinheiten mit den Inschriften "Wiedergabe 1" bis "Wiedergabe 75" verteilt. Diese Schaltungsanordnung sorgt zwar für eine Redundanz, jedoch ist es offensichtlich, daß die Zuverlässigkeit des Systems jetzt auf die Zuverlässigkeit der gemeinsamen Schaltung (Schwellwert-Logik) angewiesen ist, wie das zuvor für die gemeinsame Steuereinheit zutraf. Diese Möglichkeit kann mit Erfolg nur dann eingesetzt werden, wenn die Zuverlässigkeit des "Mehrheitsbeschluß"-Schaltkreises viel höher als diejenige der Steuereinheit ist. Anhand des gezeigten Schaltungsaufbaus, der gemeinsame elektrische Bauelemente verwendet, und in Anbetracht der komplexen Natur der von der zentralen Steuereinheit ausgeführten Funktionen ist es offensichtlich, daß diesem Kriterium leicht entsprochen werden kann. Der Wert dieses Aufbaus wird nur durch den Zuverlässigkeitsstandard begrenzt, wie er sich aus einer speziellen Anwendung ergibt.

In der distributiven "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungsanordnung der Fig. 23 sind die Ausgänge von den einzelnen Steuereinheiten I, II und III auf die einzelnen Wiedergabeeinheiten verteilt, die mit den Inschriften "Wiedergabe 1 ..... Wiedergabe 75" versehen sind, wo ein unabhängiger "Mehrheitsbeschluß" bzw. eine unabhängige

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"Mehrheitsabstimmung" stattfindet. Diese Lösung bietet mit Sicherheit eine größere Zuverlässigkeit, jedoch auf Kosten einer komplizierteren Verdrahtung und eines erheblichen weiteren Schaltungsaufwandes, so daß die Wahrscheinlichkeit von Totalausfällen durch Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einzelner und unabhängiger Störungen verringert und somit die Gesarat-Stabilität und Wartungsfreundlichkeit des Systems verschlechtert werden. Die Entscheidung, ob es günstiger ist, die eine oder die andere Ausfuhrungsform zu verwenden, hängt von dem Zuverlässigkeitsstandard ab, der durch eine bestimmte Anwendung gefordert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung, bei der die Zuverlässigkeit des digitalen Stabpositionsanzeigesystems durch Erhöhung der Zuverlässigkeit der notwendigerweise gemeinsamen zentralen Steuereinheit auf einfachste Weise verbessert wird, ohne eine Verschlechterung hinsichtlich Kosten, Raumbedarf sowie Stabilitätsverhalten in Kauf nehmen zu müssen, ist mit Fig. 24 wiedergegeben .

In dem mit Fig. 24 veranschaulichten System ist die einzelne zentrale Steuereinheit durch drei identische Steuereinheiten I, II und III ersetzt, die das System auf der Basis eines "Mehrheitsbeschlusses" bzw. einer "Mehrheitsabstimmung" steuern. Alle Steuereinheiten empfangen dieselben Eingänge von redundanten Abschnitten des Systems und sollen dann identisch ansprechen, sofern nicht irgendwo ein Fehler aufgetreten ist. Um für eine zuverlässigere Arbeitsweise zu sorgen, wird die "Mehrheitsabstimmungs"-Funktion zweimal auf zwei aufeinanderfolgenden Niveaus durch unterschied-

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liehe Verfahren, von denen das erste digital und das zweite analog (Schwellwert-Logik) ist, verwirklicht. Gesonderte Ausgänge mit identischen Signalen werden an die redundanten Wiedergabe-Subeinheiten 1 bis 75 geliefert? so daß eine Störung in einer Einheit bzw. einem Abschnitt das Verhalten seines redundanten Gegenstücks nicht beeinträchtigen kann.

Bei der digitalen Verwirklichung wird mit einer identischen Schaltung innerhalb jeder zentralen Steuereinheit gearbeitet, um die Verbindung der entsprechenden Steuereinheit-Ausgänge mit dem System zu steuern. Die dem ersten Niveau zugeordnete "Mehrheitsbeschluß"-Schaltung vergleicht jedes Äusgangssignal von ihrer eigenen entsprechenden zentralen Steuereinheit mit den anderen Ausgängen von den anderen beiden zentralen Steuereinheiten. Wenn ein Signal von beiden entsprechenden Signalen abweicht, so folgert die "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungir daß die Störung in ihrer eigenen Einheit aufgetreten ist, so daß sie für eine automatische Trennung ihres Ausgangs von dem Rest des Systems sorgt, indem analoge Schalter (nicht gezeigt) gesteuert werden, die mit den einzelnen Signalausgängen in Reihe geschaltet sind. Bei Erfassung einer Störung wird sowohl örtlich als auch durch die Steuerfelder in dem Reaktor -Kontrollraum ein Alarm gegeben.

Die Verwirklichung auf analoger Basis„ die eine sehr wirkungsvolle Synthese der beiden Lösungen nach Fig. 22 und 23 darstellt, erfolgt durch Reihenschaltung eines Widerstands R mit jedem Ausgangssignal, bevor diese die Steuereinheiten verlassen. Jedes Signal wird dann mit jedem der beiden anderen entsprechenden

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Signale gekoppelt, bevor es auf den Rest des Systems verteilt ist, wie es mit Fig. 24 gezeigt ist.

Infolgedessen werden die drei Grundfunktionen einer Schwellwert-Logik- "Mehrheitsbeschluß" -Schaltung (Gewichtung der Eingangssignale, Summierung der gewichteten Signale und Vergleich der summierten Signale gegenüber einem Schwellwert) auf die verschiedenen Systemblöcke der Fig. 25 aufgeteilt, die eine Funktionsdarstellung der Fig. 24 wiedergibt. Die obigen Funktionen werden so in der einfachsten, wirksamsten und zuverlässigsten Weise durch den mit jedem Signalausgang in Reihe geschalteten Widerstand R , die gemeinsame Sammelleitungs-Verbindung der Ausgangssignale und die Torstufe selbst am Eingang jeder Wiedergabe-Tafel aufgrund der Schwellwert-Charakteristik und der hohen Eingangsimpedanz der verwendeten komplementären Metalloxid-Halbleiter-Logikfamilie, die sich für diesen Anwendungszweck besonders eignet, verwirklicht. Die Spannung der Sammelleitung folgt dem durch die Mehrheit der miteinander gekoppelten Signale präsentierten Zustand und wird durch einfache Widerstands-Spannungsteilung bestimmt. Da die auf der Wiedergabeeinheit gezeigten NAND-Stufen eine typische Schwelle entsprechend einer Hälfte der Energieversorgung haben, führt die resultierende Schwellwert-Logik die gewünschte"Mehrheitsbeschluß"-Funktion aus. Ein ansprechender Vorteil dieser Erfindung bei dieser speziellen Anwendung besteht darin, daß eine bereits vorhandene digitale Komponente verwendet wird, um die Funktion durchzuführen, die üblicherweise an eine zusätzliche analoge Komponente wie einen Operationsverstärker oder einen Niveaudetektor abgegeben wird. Ferner besteht, da die NAND-Stufen über das System verteilt sind, keine

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einzelne aktive Komponente, die ausfallen und damit veranlassen könnte, daß alle Wiedergaben gleichzeitig verlorengehen. Die einzigen dem System tatsächlich hinzugefügten Komponenten sind die gewichtenden Widerstände R , die äußerst zuverlässig, dennoch sehr billig sind und ebenfalls einen strombegrenzenden Schutz gegen Sp annungs übers chwingungen bieten, die von der Sammelleitung aufgenommen wurden.

Wenn der Schwellwert der gewählten digitalen Komponente übermäßig schwankt und eine vollständige einen ungünstigsten Fall berücksichtigende Einrichtung vorgesehen werden muß, ist es möglich, das Schwellwertband zusammenzudrängen, indem eine niedrige Speisespannung verwendet wird, die zwischen den Speisespannungen der zentralen Steuereinheit schwankt, um die Wiedergabeeinheiten zu speisen. Beispielsweise könnten die Wiedergabeeinheiten mit +13,5 V und +1,5 V gespeist werden, die von einer +15 V-Spannungsversorgung und Masse abgeleitet werden, indem vier Dioden und ein Widerstand verwendet werden, wie das mit Fig. 26 gezeigt ist.

Wie zuvor erläutert, wird davon ausgegangen, daß - wenn irgendein Signalausgang von der Steuereinheit mit den beiden entsprechenden Signalen der beiden anderen Steuereinheiten nicht übereinstimmt diese Steuereinheit eine Störung aufweist, so daß sie von dem System abgetrennt und die Steuerung den beiden verbleibenden Steuereinheiten überlassen wird. Bei dem speziellen Anwendungsfall der Steuerung einer Stabpositionsanzeige ist es ebenso wie bei vielen anderen Anwendungen wichtig, daß zu keinem Zeitpunkt alle zentralen Steuereinheiten von dem System abgetrennt werden,

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wie dies für den Fall eines Mehrfachfehler-Zustandes zuträfe. Daher wird jeder zentralen Steuereinheit eine Priorität erteilt, um die Reihenfolge der Abtrennung zu bestimmen. Die Rückverdrahtung für eine solche Reihenfolgen-Priorität ist ebenso wie die einzelnen die "Mehrheitsbeschluß"-Schaltung und die Steuereinheit-Schaltung bildenden einzelnen Elemente vorstehend bereits beschrieben worden. In dem gezeigten System hat die Steuereinheit I die höchste Priorität, so daß sie bei Abtrennung oder Entfernung der beiden anderen Steuereinheiten das System weiterhin steuert. Wird die Steuereinheit I entfernt, dann ist es unmöglich, die Steuereinheit II, die die zweithöchste Priorität aufweist, abzutrennen, wenn die Steuereinheit III abgetrennt worden ist. Wenn schließlich sowohl die Steuereinheiten I als auch II entfernt worden sind, so ist es unter allen Umständen unmöglich, die Steuereinheit III abzutrennen. In der beschriebenen Schaltung bleiben, alle örtlichen und entfernten Alarmeinrichtungen funktionsfähig, selbst wenn eine Einheit darin gehindert ist, abgetrennt zu werden, so daß der Fehler identifiziert und seine Lage angezeigt wird.

Somit ist ein vollständig redundantes digitales Stabpositionsanzeigesystem beschrieben worden, das redundante Signale verwendet, die durch gesonderte Abschnitte verarbeitet werden, die von einer automatischen Erfassung der meisten Fehler Gebrauch machen. Die beiden Signalgruppen werden durch eine zentrale Steuereinheit verarbeitet, um den meisten Forderungen, einer vollständigen Auflösung sowie redundanten Ablesungen zu genügen. Die Erfindung beschreibt die Verwendung von drei gesonderten Steuereinheiten,

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wobei jedes digitale Ausgangssignal von jeder Einheit mit den entsprechenden Ausgängen von den beiden anderen Einheiten verglichen wird, und wenn das örtliche Signal eine Abweichung von den beiden anderen entsprechenden Signalen aufweist, so wird ein "Mehrheits"-Zustand für diese Einheit hergestellt, so daß seine Ausgänge abgetrennt werden ("Mehrheitsbeschluß" für das erste Niveau). Eine einem zweiten Niveau entsprechende "Mehrheitsabstimmung" erfolgt für jeden Eingang der empfangenden Leseeinheiten, indem die gewichtete Summenspannung der entsprechenden Ausgänge (von den drei zentralen Steuereinheiten), die einer gemeinsamen Sammelleitung zugeführt wird, mit der Schwellwert-Logik-Spannung jedes Eingangs verglichen wird. Durch Verteilung der Ausführung der "Mehrheitsbeschluß" -Schwellwert-Logik auf drei unterschiedliche Abschnitte des Systems wird eine zuverlässigere Arbeitsweise erhalten, ohne die System-Stabilität zu verschlechtern. Der Möglichkeit, das "Mehrheitsbeschluß"-Prinzip nach der vorliegenden Erfindung auf einen weiten Bereich redundanter Systeme, die gleiche Eingänge verwenden, anwenden zu können, kommt eine erhebliche Bedeutung zu. Die durch Erweiterung der Redundanz solcher Systeme sowie das Vorsehen einer Möglichkeit der örtlichen Fehlererfassung erhaltenen Vorzüge vergrößern die Zuverlässigkeit und das Vertrauen in die Gültigkeit der übermittelten Information.

Patentansprüche;

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Claims (23)

1. Patentansprüche :

   System zur Anzeige der Lage eines langgestreckten, mit einem Freiheitsgrad längs seiner Längsachse beweglichen Körpers, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl gegenseitig versetzter, tandemartig neben der Längsachse des beweglichen Körpers in zwei diskreten Gruppen angeordneter Fühlerelernente zur Erzeugung elektrischer Ausgangssignale sowie eine Einrichtung zum Vergleich und zur selektiven Auswertung der elektrischen Signale, um so die Lage des beweglichen Körpers relativ zu den Fühlerelementen anzuzeigen.
2. 2. System nach Anspruch 1 zur Abgabe einer digitalen Wiedergabe-Anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleich und zur selektiven Auswertung der elektrischen Signale ein Kodiersystem, das mit den diskreten Ausgängen arbeitet, um einen digital kodierten Ausgang zu liefern, der für die Lage des langgestreckten Körpers repräsentativ ist, ein Koppelwerk-System, das mit dem digital kodierten Ausgang arbeitet, um den digital kodierten Ausgang aufgrund eines entsprechenden Befehls-Adressensignals weiterzugeben, ein Steuersystem zur Erzeugung, Folgesteuerung und übertragung des entsprechenden Befehls-Adressensignals an das Koppelwerk-System, um so eine übertragung zu bewirken und eine Aufnahme des digital kodierten Ausgangs zu ermöglichen, wobei das Steuersystem mit dem digital kodierten Ausgang arbeitet, um einen dekodierten Wiedergabe-Signalausgang zu liefern, der für die Lage des langgestreckten Körpers repräsentativ ist, sowie ein Wiedergabesystem aufweist, das auf das

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   Wiedergabesignal anspricht, um eine visuelle Wiedergabe der Lage des langgestreckten Körpers abzugeben.
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß. die Fühlerelemente eine Mehrzahl diskreter elektrischer Spulen, die um den Umfang der Längsachse herumgewickelt sind, wobei eine Wechselspannungsquelle parallel mit der Mehrzahl Spulen verbunden ist, sowie eine Erfassungseinrichtung aufweist, um jeweils eine Änderung der Impedanz in jeder der Spulen der Mehrzahl Spulen zu erfassen, wenn der bewegliche Körper sich längs seiner Bewegungsachse bewegt, wobei die Erfassungseinrichtung eine Gruppe

   . der diskreten Ausgänge liefert, die für die Lage des langgestreckten Körpers relativ zu der tandemartigen Anordnung der diskreten Spulen repräsentativ ist.
4. 4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte bewegliche Körper eine Längserstreckung hat, die etwa gleich einer Längsabmessung der tandemartigen Anordnung der diskreten Spulen ist.
5. 5. System nach Anspruch 3, dadurch-gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, um die Impedanz in benachbarten Spulen längs der tandemartigen Anordnung zu vergleichen, und daß die Gruppe diskreter Ausgänge etwa einer Koordinate zwischen zwei Spulen der Mehrheitsspulen entspricht, die den größten Unterschied der Impedanz der tandemartigen Anordnung aufweisen.

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6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kodiersystem eine Mehrzahl Kodier-Subsysteme aufweist, die jeweils der Anzahl der diskreten Spulengruppen entsprechen, und daß die Kodier-Subsysteme elektrisch voneinander isoliert sind und unabhängig voneinander arbeiten, außerdem einzeln mit entsprechenden zugeordneten Gruppen der diskreten Ausgänge von den entsprechenden Spulengruppen arbeiten, um einen entsprechenden digitalen Ausgang zu liefern.
7. 7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelwerk-System eine Mehrzahl Koppelwerk-Subsysteme aufweist, die jeweils der Anzahl Kodier-Subsysteme entsprechen, und daß die Koppelwerk-Subsysteme elektrisch voneinander getrennt sind und unabhängig voneinander arbeiten, ferner einzeln mit den entsprechenden digital kodierten Ausgängen arbeiten, um diese auf das entsprechende Befehls-Adressensignal hin an das Steuersystem zu übertragen.
8. 8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Ausgang in Gray-Kode-Form vorgesehen ist.
9. 9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die jeweiligen Kodier-Subsysteme erzeugten Gray-Kodes in dem Steuersystem verglichen werden und eine Differenz von einem Bit als Fehlfunktion in dem Anzeigesystem angezeigt wird.
10. 10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem die Gray-Kodes von den Kodier-Subsystemen durch algebrai-

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    ische Addition der jeweiligen Kodes zusammenfaßt, um für eine erhöhte Auflösung der dadurch übermittelten Information zu sorgen.
11. 11. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein dem Kodier- und Koppelwerk-System zugeordnetes Fehlererfassungssystem, das auf elektrische Fehlfunktionen in dem Positionsanzeigesystem anspricht, um ein Fehlersignal zu erzeugen und dieses auf die entsprechende, diesem Teil des Systems zugeordnete Adresse hin an das Steuersystem zu übermitteln, wobei der Fehler anstelle des digital kodierten Ausgangs ermittelt wird, der der entsprechenden Adresse zugeordnet ist.
12. 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlererfassungssystem ein Alarmsignal liefert, das für die Lage der Fehlfunktion in dem Positionsanzeigesystem repräsentativ ist.
13. 13. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiedergabesystem eine bildartige Anordnung von Leuchtanzeigen aufweist, die für die Position des beweglichen Körpers repräsentativ ist.
14. 14. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper die Antriebsachse eines Kernreaktor-Steuerstabs ist.
15. 15. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-

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    richtung zum Vergleich und zur selektiven Auswertung der elektrischen Ausgangssignale eine "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungsanordnung aufweist, um die Gültigkeit der Ausgänge der gemeinsamen Sammelleitung in redundanten Systemen sicherzustellen, die eine Mehrzahl von mindestens drei im wesentlichen gleichen Ausgangssignalen an einen Signalkanal einer gemeinsamen Sammelleitung erzeugen, und daß die "Mehrheitsbeschluß"-Schaltungsanordnung eine Einrichtung aufweist, um die Mehrzahl Ausgangssignale zu vergleichen, die auf entsprechende Differenzen in den Ausgangssignalen anspricht und für die Abtrennung solcher Ausgangssignale sorgt, die die Differenz von der gemeinsamen Leitung aufweisen, die übrigen Ausgangssignale dagegen dorthin weiterleitet.
16. 16. System nach Anspruch. 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleich der Ausgangssignale beim Auftreten einer Differenz für mehr als ein Ausgangssignal die die Differenz gegenüber der gemeinsamen Sammelleitung aufweisenden Ausgangssignale in einer vorgegebenen Prioritätsfolge abtrennt.
17. 17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleich der Ausgangssignale beim Auftreten einer Differenz für alle Ausgangssignale nur ein Ausgangssignal an die gemeinsame Sammelleitung entsprechend der vorgegebenen Prioritätsfolge weiterleitet.
18. 18. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleich der Mehrzahl Ausgarigssignale eine

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    Mehrzahl Komparatoren aufweist, die der Mehrzahl Ausgänge entsprechen und diesen individuell zugeordnet sind, und daß die Komparatoren so arbeiten, daß sie ihren entsprechenden Ausgang mit allen anderen Ausgängen vergleichen und ihren entsprechenden Ausgang von der gemeinsamen Sammelleitung abtrennen, wenn diese gegenüber den übrigen Ausgängen eine Differenz aufweisen.
19. 19. System nach Anspruch. 18 _r gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur überführung der Ausgänge auf ein vorgegebenes gewünschtes Format sowie eine dieser zugeordnete Einrichtung zum Vergleich der entsprechenden Ausgänge von den Komparatoren und zur Abgabe eines dafür repräsentativen Signais _v auf das die Einrichtung zur überführung der Ausgänge in ein vorgegebenes gewünschtes Format anspricht^ um das gewünschte Format zur Verfügung zu stellen=
20. 2O_S System nach Anspruch 19 „ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur -überführung der Ausgangssignale in ein vorgegebenes gewünschtes Format eine Mehrzahl Verarbeitungseinleiten und die dieser zugeordnete Einrichtung eine Mehrzahl Vergleichereinheiten entsprechend der Mehrzahl Verarbeitungseinheiten aufweistf die jeweils Eingänge von der Mehrzahl Ausgänge haben und mit diesen arbeiten „ ₄ um ein für die Ausgänge., auf die die entsprechenden Verarbeitungseinheiten ansprechen, repräsentatives Signal zu liefern und damit das gewünschte Format zur Verfügung zu stellen.

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21. 21. System nach Anspruch. 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen eine digitale "Mehrheitsabstimmungs"-Schaltung und die vergleichenden Einheiten eine analoge "Mehrheitsbeschluß" -Schaltung aufweisen.
22. 22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge "Mehrheitsbeschluß"-Schaltung eine Schwellwert-Logik aufweist.
23. 23. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung ein Alarmsignal liefert, das den die Differenz aufweisenden Ausgang identifiziert.

    KN/sg 5

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