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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Bei den bekannten derartigen Übertragungsystemen, wie sie insbesondere
zur Kommunikation von Datenverarbeitungsanlagen untereinander benutzt werden, sind
eine Vielzahl von parallelen Verbindungsleitungen erforderlich, welche zwar eine
hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit ermöglichen, aber anfällig gegen einfallende
Störsignale sind. Zudem steigt der Verdrahtungsaufwand mit der Anzahl paralleler
Verbindungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, speziell für die Ubermittlung
von haus technischen Daten, wie sie zur Steuerung von technischen Einrichtungen
in Gebäuden aller Größenordnungen vorkommen, ein Übertragungssystem anzugeben, welches
einfach zu installieren und störsicher im Betrieb ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Übertragungsystem mit den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmalen gelöst.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, daß das Übertragungssystem aufgrund
der dabei verwendeten Schaltmittel und Signalzuordnungen für den weitaus größten
Teil der in Gebäuden benutzten technischen Einrichtungen verwendbar ist, wenn man
einmal von den für die Übertragung von Rundfunk-und Fernsehsignalen vorzusehenden
Signalwegen absieht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß
gerade im haustechnischem Bereich die Zahl der pro Zeiteinheit anfallenden zu verarbeitenden
Daten relativ gering ist, da beispielsweise im Zusammenhang mit der Gebäudeklimatisierung
relativ große Zeitkonstanten bei Regel- und Steuervorgängen zu berücksichtigen sind.
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Von besonderem Vorteil ist es auch, daß das erfindungsgemäße übertragungssystem
eine nahezu beliebige Anordnung von Meßwertaufnehmern, Betätigungsmitteln (Sollwertgebern)
und Wirkvorrichtungen, denen die Stellgrößen zugeführt werden, innerhalb des Gebäudes
zuläßt, da deren Eingangs-bzw. Ausgangsgrößen - unabhängiy davon, ob sie analoger
oder digitaler Natur sind - beliebig sowohl in Richtung von der zentralen Datenverarbeitungsanlage
zu den Unterstationen als auch umgekehrt bzw. zwischen einzelnen Unterstationen
übertragen werden können. Das erfindungsgemäße Übertragungssystem paßt den Zeitbedarf
bei der Ubertragung einfacher binärer Signalzustände auf der einen Seite und denjenigen
bei der Ubertragung analoger Signale automatisch dem jeweiligen Informationsgehalt
der Signale an.
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Diese Unterscheidung bei der Übertragung einfacher binärer (ein Bit
repräsentierender) Signale einerseits von Analogsignalen andererseits ist in der
Heiz- und Klimatechnik insbesondere deshalb von Bedeutung, weil hier neben wenigen
Analogsignalen, welche beispielseweise Temperatur-oder Feuchtewerte darstellen,
viele einfache binäre Signale zu übertragen sind, welche im Sinne von Gut/SchlechtKriterien
eine große Zahl von Oberwachungsdaten bezüglich der
Betriebszustände
von Maschinen und technischen Einrichtungen (Ventilstellungen, Lüfter, Wärmetauscher
und dergleichen) liefern. Durch die erfindungsgemäße Trennung von getakteter Übertragung
der binären Signale mit bedarfsweise eingeschobener Analogsignalübertragung besteht
die vorteilhafte Möglichkeit, auch umfangreichere Anlagen mit einem Satz einer vieradrigen
Datenleitungen zu verbinden, wobei die vollständigen zur Charakterisierung des Systems
notwendigen Daten nacheinander zeitsequentiell in kurzen Zeitintervallen zur Verfügung
stehen. Damit können Bedienungspulte mit vollem und praktisch gleichzeitigem Zugriff
(wie sie in der gleichzeitig eingereichten entsprechenden Patentanmeldung derselben
Anmelderin beschrieben sind) an beliebigen Orten innerhalb der Anlage angeordnet
sein.
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Zur Erzeugung von das zu übertragende Analogsignal in Form von Impulsfrequenzen
oder Impulsdauern repräsentierenden Signalen werden einfache, sicher arbeitenden
Bausteine verwendet, welche weitaus unkomplizierter aufgebaut sein können als Schaltungen,
die beispielsweise die Übertragung von mehrstelligen binären Signalen in zeitmultiplexer
Form ermöglichen. Durch die erfindungsgemäßen Mittel lassen sich alle Funktionen,
welche komplexe Datenverarbeitungsoperationen erfordern, an einer zentralen Stelle
konzentrieren, während die im Gebäude verteilten technischen Einrichtungen von der
Datenverarbeitungsseite her recht einfach aufgebaut sein können.
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Die Abfrage der verschiedenen Meßanschlüsse der peripheren Unterstationen
erfolgt nach dem Prinzip einer Ablaufsteu-
erung. Die Anschlußklemmen
der Unterstationen werden jeweils nacheinander auf ihren Zustand hin abgefrayt.
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Die Steuerung der Abfragegeschieht dabei wie folgt: Vom Systemtakt
der zentralen Datenverarbeitungsanlage (Prozessor) wird der Takt der Abfragesteuerung
durch Teilung im Verhältnis von etwa 1 MHz zu 8 kHz gewonnen. Daraus folgt, daß
der Rechner und die Unterstationen zeitlich verschieden getaktet werden. Die Synchronisierung
der Abfrage der einzelnen Anschlußklemmen mit dem Systemtakt wird bevorzugterweise
durch eine Interruptsteuerung der Abfrage realisiert. In den Unterstationen und
am Rechner befinden sich Zähler, welche die auf einer gemeinsamen Leitung übertragenen
Taktimpulse der Steuerung zählen und bei Erreichen eines vorbestimmten Zählerstandes
die Datenübertragung von oder zu einzelnen Anschlüssen der Stationen aktivieren.
Zwei Zähler sind in jeder Unterstation vorgesehen, von denen einer jeweils die zur
Kennzei.chnung einer Datenübertragung vorgesehenen, vorzugsweise acht, Impulse zählt
und anschließend die Leitung zur Abfrage der nächsten Anschlußklemme freigibt. Der
zweite Zähler zählt die Takte, die benötigt werden, um alle (vorzugsweise sechzehn)
Anschlüsse der Unterstation zu bearbeiten. Dieser Zähler kann auch direkt adressiert
werden und fängt dann bei der vorgegebenen Adresse zu zählen, wodurch eine Datenübertragung
ohne wesentliche Zeitverzögerung erfolgen kann.
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Die Zustandsabfrage einer Anschlußklemme geschieht jeweils innerhalb
der ersten Folge von Taktimpulsen und zwar be-
vorzugt zum Zeitpunkt
des dritten Taktes. Dadurch hat das System nach dem Umschalten auf eine andere Klemme
bzw.
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Unterstation ausreichend Zeit, um eine stabilen Ubertragungszustand
zu erreichen. Beim uebergang vom dritten zum vierten Taktimpuls wird die an der
Meßklemme anliegende Signalspannung invertiert und eine zweite Abfrage der gleichen
Klemme zum Zeitpunkt des siebten Taktimpulses durchgeführt. Auch hier hat das System
vom vierten bis zum siebten Takt ausreichende Zeit, sich zu stabilisieren. Die zweite
invertierte Abfrage wird im Rechner mit der ersten verglichen und, wenn beide nicht
unterschiedlich sind, eine die Registierung eines Fehlers ausgeführt. Die vorgenannten
Taktimpulse werden nachfolgend als "Markierungsimpulse" innerhalb der Taktimpulsfolge
bezeichnet.
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Handelt es sich bei der adressierten Anschlußklemme um einen Datenausgang,
so wird statt dessen beim dritten Taktimpuls eine Abfrage des Zustands des Ausgangs
veranlaßt.
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Stimmt der Ist-Zustand nicht mit einem vorgegebenen Soll-Zustand überein,
so wird mit dem siebten Taktimpuls ein Operationsbefehl übertragen, um eine Verstellung
in Richtung des Soll-Zustandes zu bewirken. Dies geschieht, indem der Steuertaktleitung
ein Befehl vom Rechner durch Verdopplung der Amplitude eines Taktimpulses überlagert
wird.
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In der Unterstation wird der Befehl dann wieder vom Takt getrennt
und der Befehlselektronik zugeführt. Stimmt der Ist-Zustand dagegen mit dem Sollzustand
überein, erfolgt keine Übertragung eines Xnderungsbefehls.
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Für den Datenverkehr zwischen Zentraleinheit und Peripherie ist damit
eine normale vieradrige Telefonleitung aus-
reichend. Zwei Adern
werden für die Spannungsversorgung benötigt, eine Ader ausschließlich für die Abfrage
der Anschlüsse und über die vierte Ader werden sowohl das Taktsignal als auch der
Befehl zum Andern von Ausgangszuständen übertragen. Dadurch ergibt sich eine große
Kosteneinsparung bei der Installation des Systems.
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Die Synchronisation zwischen Rechner und Peripherie erfolgt jeweils
dadurch, daß ein Zähler im Rechner, entsprechend denjenigen in den Unterstationenen,
bei jedem dritten und siebten ein Interruptsignal auslöst. Nur zu diesem Interruptzeitpunkt
für der zentrale Rechner Datenübertragungsoperationen zu peripheren Einheiten durch,
im übrigen bearbeitet er andere Programme.
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sWenn die Anzahl der Takte für die letzte Anschlußklemme erreicht
ist, wird das System insgesamt mittels eines "Reset"-Signals wieder in den Anfangszustand
zurückgesetzt.
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Soll ein neuer Abfragezyklus durchlaufen werden, so muß dazu zunächst
vom Rechner ein entsprechender Befehl abgegeben werden, um die Taktimpulsfolgen
zu starten. Somit ist gewährleistet, daß die zentrale Datenverarbeitungsanlage,
der Rechnerzähler und die Unterstationszähler zum gleichen Zeitpunkt und mit dem
gleichen Takt den Abfragezyklus beginnen.
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An die Unterstationsklemmen werden erfindungsgemäß auch Meßwertgeber
angeschlossen, die nicht nur die einem Schalter entsprechenden Kontaktstellungen
aufweisen, sondern analoge Signale übertragen können. Die Meßwertübertragung erfolgt
dabei bevorzugt proportional zu einer Impulsfrequenz.
Diese Frequenz
gelangt vom Meßwertgeber über die Anschlußklemme einer Unterstation zum Rechner,
wenn die Klemme durch das Abfrageprogramm, wie vorher beschrieben, angesprochen
worden ist. Der Rechner hält daraufhin den peripheren Takt an, um die übertragene
Frequenz ermitteln zu können. Die Frequenzmessung erfolgt dabei bevorzugt durch
Messung der Periodendauer aufeinanderfolgender Impulse. Daraus resultiert eine größere
Genauigkeit und eine Verkürzung der Auswertezeit.
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Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, wird nach dem vorher beschriebenen
Prinzip jeweils eine zweite Messung durchgeführt, wobei beide Werte innerhalb einer
zugelassenen Toleranz liegen müssen, woraufhin aus beiden Werten ein Mittelwert
gebildet wird, der dann den eigentlichen Meßwert darstellt. Sollten der erste und
zweite Meßwert außerhalb des Toleranzbereiches liegen, so wird eine komplett neue
Messung durchgeführt. Sollte auch hier keine Übereinstimmung vorliegen, so wird
in den entsprechenden Meßspeicher ein Nullwert geschrieben, so daß ein Fehler markiert
ist. Nachdem die Übertragung des analogen Datenwertes von dem Meßwertgeber damit
abgeschlossen ist, gibt der Rechner den peripheren Steuertakt wieder frei und die
Abfrage der Anschlußklemmen kann fortgesetzt werden.
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Bezüglich der Ausführung einer Bedienungsanordnung für ein mit dem
erfindungsgemäßen Übertragungssystem arbeitendes haus technisches System und die
Datenübertragung von und zu den Betrieb der Anlage kennzeichnenden Zustandsregistern
wird auf die entsprechende, gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung derselben
Anmelderin verwiesen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben und werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels zusammen mit
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Eig. 1 ein Blockschaltbild des bei der
zentralen Datenverarbeitungsanlage befindlichen Teils des Ubertragungssystem, Fig.
2 ein Blockschaltbild einer in einer dezentralen Un-Unterstation angeordneten Zustandsabfrageeinheit,
wie sie beispielsweise mit verschiedenen Meßwertgebern verwendbar ist, Fig. 3 eine
Ausgangseinheit, welche ebenfalls in einer externen Unterstation Verwendung findet
und sowohl zur Übertragung von Daten zur zentralen Datenverarbe itungsanlage als
auch zur Ansteuerung von technischen Einrichtungen auf von der zentralen Datenverarbeitungsanlage
her übertragene Daten hin dienen kann, sowie Fig. 4 verschiedene Impulsdiagramme,
welche im Betrieb der Anordnungen gemäß den Figuren 1 bis 3 auftreten.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Datenverarbeitungsanlage werden die
Rechenoperationen von einer Recheneinheit (CPU) 1 ausgeführt, welche auf ein in
einem Festwertspeicher (ROM) 2 gespeichertes Programm und dort vorhandene Daten
zurückgreift, wobei i.n Betrieb veränderliche Daten in einem Speicher (RAM) für
einen späteren Zugriff abgelegt werden. Mit dem dargestellten Übertragungssystem
kommuniziert
die Recheneinheit 1 mittels einer Ein-/Ausgabeeinheit
4, welches eine entsprechende Schnittstelle bildet.
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(Bei der hier gewählten Darstellung ist das blockschaltungsmäßig dargestellte
Ubertragungssystem hardwaremäßig aufgebaut, wobei die nachfolgend beschriebenen,
in der zentralen Datenverarbeitungsanlage vorhandenen diskreten Logikschaltunyen
entsprechend auch in Form prograrnmierter Logik realisiert sein können, wobei in
diesen Fall die Ein-/Ausgabeeinheit 4 direkt mit den übertragungsleitungen in Verbindung
stehen würde. Die hier wiedergegebene Ausführungsart ermöglicht dabei jedoch eine
übersichtlichere Darstellung.) Von einem den Takt für die CPU erzeugenden Oszillator
100, der mit einer Frequenz von 1 MHz schwingt, wird durch Teilung mittels eines
Teilers 101 eine Frequenz von 8 kHz erzeugt. Das Ausgangssignal des Teilers 101
gelangt über einen Umschalter 102 zu einer Verdopplerschaltung 103, welche, wenn
sie angesteuert ist, das Taktsignal für einzelne Taktimpulse um den doppelten Wert
vergrößert. Die Verdopplerschaltung 103 kann dabei bevorzugt eine Spannungsteilerschaltung
aufweisen, welche im normalen Betriebszustand eingeschaltet ist, bei Aktivierung
der Verdopplerschaltung 103 jedoch überbrückt wird. Das so erzeugte Taktsignal gelangt
auf eine Taktleitung 10, welche zusammen mit einer Abfrageleitung 11 und Stromversorgungsleitungen
12 für positive und 13 für negative Polarität, die die Verbindung zu den dezentralen
Unterstationen bilden, als einfache vieradrige Telefonleitung ausgebildet sein kann.
Vom Ausgangssignal des Umschalters 102 gelangt das Taktsignal im normalen Betrieb
zu einem Zähler 104, welcher acht Posi-
tionen (0 bis 7) einnehmen
kann. Mittels dieses Zählers werden Zeiten festgelegt, zu der bei einer- einzelnen
Anschlußklemme einer Unterstation Abfragen vorgenommen werden bzw. zu der Befehle
übermittelt werden, wie es weiter unten dargestellt ist.
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Wenn der Zähler 104 seine Endstellung "0" erreicht hat, gelangt ein
von dem entsprechenden Ausgang ausgehender Taktimpuls an einen weiteren Zähler 105,
welcher 16 Zustände einnehmen kann und über seine Ausgänge 0" bis "15" jeweils 16
Anschlußklemmen einer Unterstation aktiviert.
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Auf diese Weise können zu jeder Unterstation maximal 16 verschiedene
Daten übertragen bzw. von dieser abgefragt werden. Erreicht der Zähler 105 seine
Anfangsstellung, so wird ein weiterer Zähler 106 weitergeschaltet, der nacheinander
die verschiedenen Unterstationen adressiert, wobei der maximal erreichbare Zählerstand
des Zählers 106 der Anzahl der angschlossenen Unterstationen entspricht und durch
(nicht dargestellte) Programmsteuermittel dem jeweiligen Ausbau des übertragungssystems
angepaßt wird.
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Die für jede Unterstation erforderlichen Schaltmittel sind in der
Darstellung gemäß Fig. 1 nur einmal dargestellt und müssen entsprechend der Anzahl
der vorgesehenen Unterstationen mehrfach vorhanden sein.
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Im Folgenden soll die zentrale Datenverarbeitungsanlage gemäß Figur
1 im Zusammenhang mit der Zustandsabfrageeinheit beschrieben werden, die in Figur
2 dargestellt ist.
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Die Zustandsabfrageeinheit bildet eine Unterstation, bei der die Daten
eines entfernt installierten Meßwertgebers
abgefragt werden. Bei
den Daten des Meßwertgebers kann es sich sowohl um Soll- und Ist-Dadten als auch
um Betriebszustände von haustechnischen Einrichtungen, wie Heiz- oder Kühlaggregaten
handeln, welche mit Steuer- und Regelkreisen einwirken. Damit können allgemein Größen
abgefragt werden, deren Zustand für das von der zentralen Datenverarbeitungsanlage
überwachte System von Bedeutung sina.
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Die Zustandsabfrage einheit kann bei dem erfindungsgemäßen System
auf zwei unterschiedliche Weisen ausgebildet sein.
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Zum einen kann es sich bei den zu übertragenden Daten um reine Digitaldaten,
und damit um die übertragung von Ein-Aus-Zuständen handeln, zum anderen ist aper
auch die Erfassung analoger Größen möglich, welche mittels geeigneter Meßwandler
in pulsmodulierter Form übertragen werden. Die Ausführung der in Figur 2 gegebenen
Zustandsabfrageeinheit unterscheidet sich hierzu bezüglich wiedergegebenen blockschaltungsmäßigen
Aufbau nicht grundsätzlich, so daß beide Ausführungen anhand derselben Figur beschrieben
werden, wobei auf die notwendigerweise bestehenden Unterschiede in der nachfolgenden
Beschreibung an geeigneter Stelle eingegangen werden wird.
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Die Zustandsabfrageeinheit gemäß Figur 2 ist zunächst einmal mit den
Leitungen 10 bis 13 mit der zentralen Datenverarbeitungsanlage verbunden, wobei
die Stromversorgung über die Leitungen 12 und 13 erfolgt und das von dem Oszillator
100 erzeugte, heruntergeteilte Taktsignal an einen Zähler 204 gelangt, welcher die
eingehenden Taktimpulse synchron zu dem Zähler 104 in Figur 1 registriert und dabei
acht verschiedene Zustände (von null bis sieben)
einnehmen kann.
Diese acht Takte sind zeitlich der Abfrage einer Meßklemme in einer Unterstation
zugeordnet. Nach dem achten Impuls schaltet das Ausgangssignal des Ausgangs "O"
des Zählers 204 einen nachfolgenden Zähler 205 jeweils um einen Zählwert weiter,
wobei der Zähler 205 sechzehn Schaltzustände (von "0" bis "15") einnehmen kann und
die einzelnen Meßstellen adressiert. Das Signal des Ausgangs "15" schaltet seinerseits
einen Zähler 206 um einen Wert weiter, wobei die Anzahl der Zustände, welche der
Zähler 206 einnehmen kann, der Zahl der maximal anschließbaren Unterstationen entspricht
und jede Unterstation jeweils nur durch einen Ausgang des Zählers aktiviert wird.
(Die dargestellten Zähler können selbstverständlich binär oder dezimal arbeiten,
wobei die in der Zeichnung dargestellten Ausgänge entsprechende Dekodierungsmittel
realisiert werden.) Die jeweilige Zustandsabfrageeinheit wird adressiert, wenn der
Zähler 206 während der ablaufenden Taktimpulsfolge am ausgewählten Eingang ein Ausgangssignal
abgibt. Beim Erreichen des dritten bzw. siebten Impulses (Ausgänge "3" oder 7 am
Ausgang des Zählers 204) in der Folge von acht Impulsen, so wird über ein ODER-Gatter
210 an einer Anzahl von UND-Gattern zu 211 bis 214 ein logisches H-Signal abgegeben,
welches diese Gatter freigibt. (In der Figur sind lediglich die Ausgänge für die
Meßstellen 1 und 2 sowie 15 und 16 dargestellt, wobei die Ansteuerung der übrigen
Meßstellen entsprechend erfolgt. Die Darstellung der Logik-Schaltungen erfolgt im
übrigen mit positiver Logik, wobei die dargestellten Bauelemente durch H-Zustände,
d.h. auf den Leitungen vorhandene Signale aktiviert werden).
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Unter der Annahme, daß, nachdem der Zähler 206 den die betreffende
Zustandsabfrageeinheit (Unterstation) aktivierenden Zählerstand erreicht hat, wird
durch das Ausgangssignal "0" des Zählers 205 bei der ersten übertragenden "8-er-Impulsgruppe"
das ODER-Gatter 211 zum ersten Mal zur Abgabe eines Ausgangssignals aktiviert, wenn
der vierte Impuls (Ausgang "3" des Zählers 204) ein "H-Signal" abgibt. Das Ausgangssignal
des UND-Gatters 211 aktiviert einen Schalter 231, welcher eine Meßstelle 241 über
einen Polaritätsumschalter 250 zur Abfrageleitung 11 durchschaltet. Die Meßstelle
241 bildet dabei eine der "Meßklemmen" der Unterstation. Weitere Meßstellen 242
bis 245 werden entsprechend durch die Umschalter 232 bis 234 bei den nachfolgenden
Impulsgruppen angesprochen.
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Das Ausgangssignal der Meßstelle 241 stellt dabei einen digitalen
Signalzustand dar, welcher beispielsweise einen Ein- oder Ausschaltzustand repräsentiert.
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Der Polaritätsumschalter 250 ist bei Abgabe des Signals "3" vom Zähler
204 nicht aktiviert, bewirkt jedoch eine Invertierung des von der Meßstelle 241
abgegebenen Signal, wenn vom Zähler 204 am Ausgang "7" ein Signal abgegeben wird.
Damit erfolgt eine Übertragung des Signalszustand der betreffenden Klemme jeweils
zu unterschiedlichen Zeiten, invertiert und nicht-invertiert wobei diese Zeiten
durch eine Anzahl von Taktimpulsen getrennt sind, welche auch bei träger arbeitenden
Meßstellen eine sichere Signalumschaltung bzw. ein sicheres Einnehmen der Signalzustände
ermöglichen. Die sich auf der Taktleitung 10 bzw. der Abfrageleitung 11 ergebenden
Signale sind für eine ein digitales
Meßsignal (Ein-Zustand) in
den Figuren 4a und 4b in der linken Hälfte (Acht Taktimpulse) dargestellt. Aus der
Darstellung in Figur 4b ist dabei die Invertierung des zu übertragenden Abfragesignals
ersichtlich.
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Die Auswertung des übertragenen Signals erfolgt in der zentralen Datenverarbeitungsanlage
gemäß Figur 1, wobei der Zähler 104 synchron mit dem Zähler 204 in Figur 2 getaktet
wird. Bei Adressierung der entsprechenden Unterstation über den Zähler 106 wird
von der Ausyabeeinheit 4 ein Signal "D" abgegeben, welches kennzeichnet, daß der
betreffenden Unterstation in diesem Zeitpunkt ein digitales Signal erwartet wird.
Ein Ausgangssignal "A" befindet sich im Zustand "L", ein Zeichen dafür, daß die
adressierte Klemme der Unterstation einen Meßwert liefert und nicht einen Signalausgang
darstellt. Gibt der Ausgang "3" des Zählers 104 ein H"-Signal ab, so gelangt von
der Abfrageleitung das entsprechende logische Signal über das mittels des Signals
"D entsperrten UND-Gatters 110 in einen Speicher 111, welcher den auf der Abfrageleitung
befindlichen Zustand "L" oder "H" festhält. Erreicht der Zähler 104 denjenigen Zählerstand,
bei dem der Ausgang "7" ein Signal abgibt, so wird über das Und-Gatter 111, welches
wegen des Ausgangs "A" im Zustand "L" entsperrt ist, der zu diesem Zeitpunkt auf
der Abfrageleitung 11 befindliche Signalzustand in einen Speicher 112. Unterscheiden
sich die in den Speichern 111 und 112 befindlichen Signale bezüglich ihres Vorzeichens,
so gibt eine Vergleicherstufe 113 ein Ausgangssignal an eine Schaltstufe 114 ab,
welche den Signalzustand in eine Datenstufe 115 überträgt, in der daraufhin ein
diesen Zustand kennzeichnendes Datenwort generiert wird.
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Unterscheiden sich die in den Speichern 110 und 112 festgehaltenen
Signal Zustände nicht nur in ihrer Polarität voneinander, so wird von der Vergleicherstufe
113 über einen entsprechenden Ausgang ein Fehlersignal "F" an die Datenstufe 115
abgegeben, welche daraufhin ein Datenwort erzeugt, welches den Fehlerzustand anzeigt.
Wenn die Abfrage der betreffenden Eingangsklemme der Unterstation beendet ist, d.h.
der Zähler 104 an seinem Ausgang "0" ein "H"-Signal abgibt, so wird das in der Datenstufe
115 enthaltene Datenwort über Schaltmittel durch eines von mehreren Schaltmitteln
120 bis 123 in den der entsprechenden Meßklemme der Unterstation zugeordneten Datenspeicher
130 bis 133 übertragen, wo das den gemessenen Zustand charakterisierende Datenwort
für die Weiterverarbeitung durch Zugriff der CPU ein festgehalten wird. Dabei ist
für jede Unterstation in der zentralen Datenverarbeitungseinheit eine der Anzahl
der Meßklemmen entsprechende Zahl von Zustandsspeichern vorgesehen. In der Darstellung
gemäß Figur 1 ist nur die Anordnung für eine einzige Unterstation dargestellt, wobei
bei Verwendung mehrerer Unterstationen die Anordnung entsprechend vergrößert werden
muß.
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Durch die Zählereinheit 105 wird jeweils über UND-Gatter 140 bis 143
in Abhängigkeit von dem die adressierte Meßklemme repräsentierenden Stand des Zählers
105 und den entsprechenden Schalter 120 bis 123 der jeweils zugeordnete der Zustandsspeicher
130 bis 133 adressiert. Diese Adressierung erfolgt synchron zu der Adressierung
der Klemmen in den Unterstationen. Nach Übertragung des den ermittelten Zustand
und der Meßklemme repräsentierenden Datenwortes in die entsprechende Speicherzelle
wird (ver-
zögert um eine durch ein Verzögerungsglied "D" 116 bestimmten
Zeitraum) ein Zurücksetzen der Speicher 110 bis 112 bewirkt, so daß sie zur Übernahme
des an der nächsten Klemme ermittelten Meßzustands bereit sind.
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Die bisherige Darstellung bezog sich auf die Übermittlung von digitalen
Zustandssignalen, welche lediglich eine "Ein-" oder Aus-" Information beinhalten.
Zur Erfassung von analogen Daten sind alternativ in Figur 2 in den Meßstellen 241
bis 244 Meßwertgeber vorgesehen, welche Impulse mit einer dem von der Meßklemme
ermittelten Signalzustand proportionalen Frequenz abgeben. (Derartige Frequenzgeber
können beispielsweise aus Sinus-Oszillatoren bestehen, deren frequenzbestimmende
Glieder (L-, C- oder R) durch die zu messende Größe verändert werden. In Betracht
kommt dabei neben der temperaturabhängigen Änderung derartiger Größen bei der Ermittlung
von Temperaturen auch die Darstellung von variablen Widerständen mittels mechanischer
Kräfte.) Einem derartigen Sinus-Oszillator wird zur Umwandlung des erzeugten Signals
ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet.
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Es ist ersichtlich, daß zur Übermittlung analoger Signale auf der
Seite der Meßwertgeber in den Unterstationen nur diglich ein geringer Schaltungsaufwand
betrieben werden muß. Die Stromversorgung erfolgt dabei über die Leitungen 12 und
13, die nur geringe Querschnitte aufweisen müssen, weil selbst sich bei den zu erzeugenden
Signalen um solche kleiner Leistung handelt.
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In der zentralen Datenverarbeitungsanlage ist festgehalten, bei welcher
der Unterstationen bzw. Meßende der Unterstationen
ein analoge
Daten enthaltender Meßzustand ermittelt wird. Ist das Signal "D" im Zustand "L",
so wird ein UND-Gatter 140 über seinen invertierenden Eingang entsperrt, so daß
die von den Ausgängen "3" oder "7" ausgehenden Signale des Zählers 104 über ein
ODER-Gatter 141 ein Flip-Flop 142 setzen, welches über seinen Ausgang "Q" und ein
UND-Gatter 143 die auf der Abfrageleitung "F" erscheinenden, in ihrer Frequenz den
übertragenden Meßwert repräsentierenden Impulse zu einem Zähler 144 gelangen lassen,
durch den eine Frequenzauswertung und damit die Rückgewinnung des übertragenen Meßzustands
veranlaßt wird.
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Durch das Ausgangssignal "Q" des Flip-Flop 142 wird gleichzeitig ein
Umschalter 102 betätigt, welcher bewirkt, daß die in ihrer Frequenz herabgesetzten
Taktimpulse (Siynale des Teilers 101) nicht auf die Taktleitung 10 gelangen, sondern
über UND-Gatter 145 bzw. 146 Zählern 147 bzw.
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148 zugeleitet werden. Der Zähler 144 ist dabei so ausgebildet, daß
er jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden von der Unterstation aufgenommenen
Impulse, deren Frequenz den Meßwert repräsentiert, abwechselnd ein Ausgangssignal
an einem ersten Ausgang "I" und an einem zweiten Ausgang "II" abgibt. Damit werden
abwechselnd die UND-Gatter 145 bzw. 146 für einen Zeitraum geöffnet, welcher durch
die Folge der Meßimpulse bestimmt wird. Die Zähler 147 bzw.
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148, denen das sonst auf die Taktleitung 10 abgegebene Taktsignal
zu den genannten Torzeit hinzugefügt wird, ermitteln damit die Frequenz des Meßsignals
indirekt über die Folgezeit der das Meßsignal repräsentierenden Impulse.
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Nach Ablauf dieser "Meßphase" wird am Ausgang "III" des Zählers 144
ein Signal abgegeben, welches das Flip-Flop
142 über seinen Rücksetzeingang
"R" zurücksetzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird, wenn der Zähler
"104" ein Ausgangssignal am Ausgang "7" abgibt, erneut eine Meßfolge durchgeführt.
Das Ausgangssignal des Zählers 147 und 148 wird einer Stufe 149 zugeleitet, welche
eine Mittelwertbildung für die in den Zählern 147 bzw. 148 festgehaltenen Signale
durchführt. Das Signal am Ausgang der Stufe 149 wird über den entsprechenden der
Schalter 120 bis 123 in einen der Speicher 130 bis 133 entsprechend der Auswertung
digitaler Meßsignale, übertragen. Wie dort dargestellt, erfolgt entsprechend ein
Rücksetzen der Zähler 144, 147 und 148, wenn der Zähler 104 an seinem Ausgang "0"
ein Signal abgibt, nachdem - ausgelöst über ein mittels der UND-Gatter 150 bis 153
übertragenen Signals durch den zugeordneten der Schalter 120 bis 123 - eine Übertragung
des den Signalzustand repräsentierenden Datenworts in den entsprechenden Leerspeicher
130 bis 133 stattgefunden hat.
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Es ist ersichtlich, daß bei der Übertragung von analoge Meßsignale
repräsentierenden Impulsen auf der Abfrageleitung 11 die Abgabe der Taktimpulse
während der Abfrage unterbrochen wird (vgl. Figur 4, wobei die Figur 4c die Signale
auf der Taktleitung 10 und die Figur 4b diejenigen auf der Abfrageleitung 11 wiedergibt).
Dadurch, daß das Taktsignal bei der Abfrage von analogen Signal zuständen unterbrochen
und damit der Abfragezyklus verlängert wird, paßt sich bei der Datenübertragung
der benötigte Zeitaufwand jeweils dem Informationsgehalt der zu übertragenden Signale
an, ohne daß dazu aufwendige Schaltmittel - insbesondere bei den Unterstationen
- erforderlich wären.
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In Figur 3 ist eine Unterstation wiedergegeben, welche eine Ausgangseinheit
bildet.
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Die Funktion der Zähler 304 bis 306 sowie der UND-Gatter 311 bis 314,
der Schalter 331 und 343 entspricht dabei grundsätzlich derjenigen der in Figur
2 dargestellten und entsprechend numerierten Bauelemente. Die Ausgänge repräsentieren
Meßklemmen der in Figur 3 dargestellten Unterstation, haben die Bauelemente 341
bis 344 neben einer Meßfunktion auch noch eine Steuerfunktion, welche die Verstellung
von technischen Einrichtungen der zu steuernden und zu überwachenden Anlage ermöglichen.
Wenn der Zähler 304 an seinem Ausgang "3" ein Signal abgibt, so erfolgt die Übertragung
eines Meßwertes in digitaler Form, wie es anhand der entsprechenden in Figur 2 dargestellten
Unterstation entspricht. Wenn jedoch am Ausgang "7" des Zählers 304 ein Signal erscheint,
so wird das der jeweiligen Ausgangsklemme zugeordnete UND-Gatter 351 bis 354 über
das entsprechende Ausgangssignal des Zählers 305 aktiviert, so daß der jeweils zugeordnete
der Schalter 364 aktiviert wird und ein auf der Abfrageleitung 11 vorhandener Signalzustand
zu dem entsprechenden Element (341 bis 344) übertragen wird. Auf diese Weise lassen
sich Verstellungen von technischen Einrichtungen in Abhängigkeit von dort aufgefundenen
Signalzuständen vornehmen, wobei zwischenzeitlich eine Signalverarbeitung durch
die zentrale Datenverarbeitungsanlage in dem Sinne vorgenommen wird, daß die Steuerung
in Abhängigkeit von den aufgefundenen Betriebszustände repräsentierenden Signalen
erfolgt.
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Die Speisung der Abfrageleitung im Steuerzustand wird von der zentralen
Datenverarbeitungsanlage gemäß Figur 1 wie folgt vorgenommen:
Kennzeichnet
die Ein-Ausgangs-Einheit 4, gesteuert durch die CPU 1, daß bei der abzufragenden
Klemme der Unterstation eine Steuerung im Sinne einer Verstellung erforderlich ist,
so wird das Signal "A" als entsprechende Kennzeichnung abgegeben, wodurch das Und-Gatter
111 über seinen invertierenden Eingang gesperrt und stattdessen ein weiteres UND-Gatter
154 durchgeschaltet wird, welches einerseits UND-Gatter 160 bis 163 freigibt, welche
die über tragung der in den Zustandspeichern 170 bis 173 festgehaltenen Signalzuständen
in Abhängigkeit von der jeweils adressierten Meßklemme freigeben. In den Zustandsspeichern
170 bis 173 wird ein Datenwort bzw. ein Signalbit von der CptJ 1 abgelegt, welches
kennzeichnet, ob eine Verstellung der an dem betreffenden Steuerausgang angeschlossenen
technischen Einrichtung erfolgen soll.
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Gleichzeitig mit der Ausgabe eines derartigen Steuersignals wird über
die Verdopplerschaltung 103 das auf der Leitung 10 anliegende Taktsignal verdoppelt,
so daß ein diesen übertragungszustand kennzeichnendes Signal bei allen Unterstationen
erscheint. Hierdurch ist es der zentralen Datenverarbeitungsanlage beispielsweise
möglich, die Abgabe von Steuersignalen auch noch von weiteren Bedingungen abhängig
zu machen, so daß der Steuerzustand in der Ausgangseinheit gemäß Figur 3 nur im
Fall der Verdoppelung des Taktsignals eingenommen wird, während in den übrigen Fällen
während des Taktes "7" der Folge von eine Meßstelle kennzeichnenden Taktimpulsen
eine Wiederholung der Messung vorgenommen wird. Eine entsprechende Anordnung, mit
einem Diskriminator für die Amplitude des Taktsignals 361 und einem Umschalter 366
ist in Figur 3 dargestellt, wobei der
Umschalter im Falle des Erscheinens
von Taktsignalen mit normaler Amplitude das Signal am Ausgang "7" des Zählers 304
zu den UND-Gattern 311 bis 314 gelangen läßt, während im Falle des Erscheinens von
Taktsignalen mit vergrößerter Amplitude eines der UND-Gatter 351 bis 354 angesteuert
wird.
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Im Zusammenhang mit dem zuvor dargestellten Datenübertragungssystem
ist es von Bedeutung, daß die Übertragung von Daten jeweils während der übrigen
Datenverarbeitung durch die zentrale Anlage vorgenommen wird, wobei die Taktsteuerung
des Rechners 1 ebenfalls vom Oszillator 100 abgeleitet wird und durch die Ausgangs
impulse des Teilers 101 jeweils im Rechner 1 ein "Interrupt"-Signal ausgelöst wird,
welches die für die Datenübermittlung erforderlichen Verarbeitungen auslöst. Es
ist dabei weiterhin ersichtlich, daß die Funktionen der in den Figuren 1 bis 3 blockschaltungsmäßig
dargestellten Logik-Baugruppen ebenfalls vom Rechner 1 und den zugeordneten Speichern
2 und 3 übernommen werden kann, wobei die logischen Verknüpfung durch einen entsprechenden
Programmablauf und die Signalzustände durch die Zuordnung entsprechender Speicherplätze
realisiert wird.
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L e e r s e i t e