DE4132598A1 - System zur umschaltung von geraeten der nachrichtentechnik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Umschalte- System von Geräten der Nachrichtentechnik.

Aus Betriebs-Sicherheitsgründen ist z. B. in Bodenstations- Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik in der Regel erforderlich Redundanz-Schaltmöglichkeiten von Geräten vorzusehen.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein System zum Umschalten von Geräten der Nachrichtentechnik anzugeben, das Umschaltungen sowohl zu Ersatz im Falle von Störungen als auch zum Prüfen gestattet, bei denen auch im Falle der Prüfung keine Unterbrechung auftritt. Die Lösung dieser Aufgabe wird in den Ansprüchen beschrieben.

Zur näheren Darstellung dienen die Figuren.

Fig. 1 und 2 zeigen Prinzipschaltbilder zur Erläuterung der Umschaltung zwischen einer aktiven Einheit und der Ersatzeinheit.

Zunächst sind in den beiden Figuren aktive Einheiten A bis Y, dazugehörige Umschalter U_A bis U_Y mit den aktiven Aus- oder Eingängen A_A bis A_Y und weiter die Ersatzeinheit Z mit ihrem Umschalter U_Z und dem Aus- oder Eingang A_Z dargestellt.

Fig. 1 zeigt die aktiven Einheiten A bis Y in Aktion, die Ersatzeinheit Z auf ihren Aus- oder Eingang A_Z geschaltet.

Durch die gestrichelt gezeichnete Verbindungslinie zwischen den jeweils 2 Schaltern eines Umschalters U ist angedeutet, daß die beiden Schalter gleichzeitig betätigt werden.

Fig. 2 zeigt, wie beispielsweise bei Störung oder auch Kontrollmessung die Einheit A durch ihren Umschalter U_A auf den Aus- oder Eingang A_Z geschaltet ist, während die Ersatzeinheit Z durch ihren Umschalter U_Z jetzt an den Aus­ oder Eingang A_A gelegt ist und damit für den Betrieb die Einheit A ersetzt.

Die Fig. 3 und 4 stellen ähnliches dar wie die Fig. 1 nur mit anderen Schalterarten.

Zum Beispiel sind in Fig. 3 Transferschalter T_A-T_Y dargestellt, die in Fig. 4 durch Relaiskontakte R_A-R_Y ersetzt sind.

Die Funktion ist ähnlich wie zu Fig. 1 und 2 beschrieben. Es ergibt sich lediglich der Unterschied, daß dem Ersatzgerät hier kein eigener Umschalter zugeordnet werden muß.

In beiden Figuren sind die Schalterklemmen mit den Ziffern 1-4 bezeichnet.

In Fig. 5 und 6 ist vereinfacht in je einem Prinzipschaltbild dargestellt, wie eine Umschaltung von Digitalsignalen durchgeführt werden kann.

In jedem Fall ist damit klargestellt, daß nach der Erfindung alle Betriebsgeräte außer einem redundanten Ersatzgerät Umschaltvorrichtungen aufweisen.

Aus den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß erfindungsgemäß das Umschalte-System neben der eigentlichen Umschaltung gleichzeitig noch eine damit verknüpfte Ersatz-Test- Umschaltung vorsieht.

Fällt die Einheit A aus, so werden deren A-Anschlüsse auf die redundante Kanaleinheit durchgeschaltet.

Gleichzeitig werden jedoch auch die Test A-Anschlüsse A_Z auf die fehlerhafte Einheit A durchgeschaltet. Damit ist auf der einen Seite die Betriebs-Sicherheit durch die Redundanz- Umschaltung gewährleistet, auf der anderen Seite kann an den Test-Anschlüssen die fehlerhafte Einheit getestet werden.

Durch das erfindungsgemäße Umschalte-System ist eine Servitierbarkeit ohne Betriebs-Unterbrechung für sämtliche Einheiten (aktive- und Ersatz) sichergestellt.

Die vereinfachte Darstellung in den Fig. 1 und 2 soll lediglich das Prinzip des Umschalte-Systems verdeutlichen.

In Fig. 5 ist eine Umschalte-Einrichtung nach der Erfindung für digitale Daten und Taktsignale dargestellt.

Die digitalen Daten- und Takt-Signale werden am aufwandsgünstigsten in einer Bus-Struktur, aufgebaut aus bidirektionalen, tristate-fähigen Bustreibern, umgeschaltet.

Fig. 5 zeigt ein Prinzip-Schaltbild.

Diese Bus-Struktur macht jedoch eine Umschalte-Einrichtung an jeder Einheit, d. h. auch an der Ersatz-Einheit erforderlich. Eine Umschaltung mit Hilfe von Transfer-Schaltern besitzt diesen Nachteil nicht, die bereits in Fig. 3 gezeigt.

Aus diesem Grund wird die Umschalte-Einrichtung für digitale Daten- und Takt-Signale ebenfalls in Form von Transfer- Schaltern, aufgebaut aus Bustreibern, realisiert.

Fig. 6 zeigt das zugehörige Schaltbild.

Die Arbeits-Richtung der bidirektionalen Bustreiber ist dadurch bestimmt, daß entweder ein Eingangs- oder ein Ausgangs-Signal umzuschalten ist.

Die Festlegung der Treiber-Richtung kann über eine zusätzliche Steuerleitung erfolgen, deren logischer Zustand entsprechend unterschiedlich eingestellt ist, entweder auf eine Sende- Kanaleinheit oder eine Empfangs-Kanaleinheit. Damit kann durch den Aufbau sichergestellt werden, daß beim Einstecken der Kanaleinheit automatisch die richtige Treiber-Richtung eingestellt ist.

Durch zusätzliche Maßnahmen wie z. B. eine mechanische Codierung von Sende-Kanaleinheit und Empfangs-Kanaleinheit, die ein fehlerhaftes Einstecken von vorneherein ausschließen, können dauerhafte Beschädigungen durch ein fehlerhaftes Einstecken z. B. eines Senders in einen Redundanz-Pool für Empfänger bei diesem Konzept vermieden werden.

Ein Versorgungs-Bus setzt sich aus dem Daten- und Adress-Bus nebst zugehörigen Steuer-Leitungen von der Zentrale MCU sowie dem Stromversorgungs-Bus zusammen.

Jedes Umschalte-Modul U ist an diesen Versorgungs-Bus angeschlossen.

Die Umschalte-Information wird über den Daten/Adress-Bus in den angesprochenen Umschalte-Modulen in ein Register eingeschrieben. Diese Abspeicherung ist zur zeitgleichen Auslösung der Umschalte-Funktion in den einzelnen Umschalte- Modulen, wie später noch erläutert, erforderlich.

Zur Umschaltung der HF-Relais für die HF-Pfade ist bei der vorgesehenen Verwendung von bistabilen Relais nur ein kurzer Impuls erforderlich.

Das selektive Ansprechen nur der Umschalte-Module U, die tatsächlich einen Schaltvorgang ausführen sollen, wird bei der Verwendung eines gemeinsamen Umschalte-Impulses dadurch erreicht, daß beim Einschreiben der Umschalte-Information in ein Umschalte-Modul U ein Flipflop gesetzt wird, das den Umschalte-Impuls entriegelt, aber durch den nächsten Umschalte-Impuls rückgesetzt wird und somit weitere Umschalte- Impulse verriegelt.

Der Grund für diese Vorgehensweise liegt in der Einsparung von Strom und in der Verwendung bistabiler Relais begründet.

Die Steuerung der Halbleiter-Umschalter (bidirektionale Leitungstreiber) wird quasi im Slave-Modus über zusätzliche Kontakte an den Relais realisiert.

Damit kann die bistabile Funktion der Relais auch für die Halbleiter-Umschalter genutzt werden.

Außerdem ist damit sichergestellt, daß die Schalt-Stellung an den Relais mit denen der Halbleiter-Schalter übereinstimmt.

Es ist vorgesehen, die Schalter-Stellung in jedem Umschalte- Modul von der Zentrale MCU aus abfragen zu können. Dies ist für den Fall wichtig, daß die Zentrale MCU während des Betriebs ausgetauscht werden muß.

Für diesen Fall ist es wichtig, daß die Zentrale MCU den aktuellen Zustand der Umschalte-Module U direkt in den Umschalte-Modulen U aus den Schalter-Stellungen der Relais abfragen kann.

Neben der Abfrage des Zustandes der einzelnen Umschalte-Module U kann die gesamte Umschalte-Konfiguration innerhalb des erfindungsgemäßen Umschalte-Systems durch die Zentrale MCU abgefragt werden.

Da die Umschalte-Konfiguration ausschließlich durch die Bestückung und die Verkabelung der Umschalte-Module U untereinander festgelegt wird, kann durch Abfragen von dafür vorgesehenen Kodierungs- und Signalleitungen, deren Konfigurations- und Verkabelungs-Zustand erkannt und damit auf die Funktion der zugehörigen Kanaleinheit im System (nominal oder redundant oder stand alone) geschlossen werden.

Mit einer derartigen Auto-Konfigurations-Funktion können Fehlbedienungen der Zentrale MCU vermieden werden.

Der logische Ablauf zur Erkennung der Umschalte-Konfiguration sieht wie folgt aus:

I) Identifizierung der Kanaleinheit(en) KE, die zu redundanten Kanaleinheiten definiert wurden. Diese redundanten Kanaleinheiten sind dadurch bestimmt, daß sie selbst kein Umschalte-Modul besitzen, sondern einen sogenannten Redundanzgeräte-Adapter, der für die Verkabelung mit einem benachbarten Umschalte-Modul sorgt.

II) Ermittlungen sämtlicher, nominaler Kanaleinheiten KE, die einer redundanten Kanaleinheit in einem sog. Redundanz-Pool zugeordnet sind. Dies ist für sämtliche im Umschalte-System konfigurierte Redundanz-Pools durchzuführen.

III) Die verbleibenden Kanaleinheiten KE im System, die weder als redundante noch als nominale Kanaleinheiten identifiziert wurden, werden als sogenannte stand alone Kanaleinheiten, die keine Umschalte-Einrichtung besitzen, geführt. Ein zugehöriger Einzelgeräte-Adapter sorgt für die richtige Verkabelung einer stand alone Kanaleinheit.

Wird in diesen Schritten von der Zentrale MCU vorgegangen, so kann die Umschalte-Konfiguration des Systems in eindeutiger Weise automatisch aufgrund der Bestückung und Verkabelung der Umschalte-Module U und der Adapter (Redundanzgeräte- und Einzelgeräte-Adapter) von der Zentrale MCU selbständig erkannt werden.

Bei der Verwendung von bistabilen Relais in den Umschalte- Modulen U muß bei der Inbetriebnahme, bzw. nach einem Spannungsausfall sichergestellt werden, daß keine Umschalte- Konfigurationen auftreten, die zu einer dauerhaften Beschädigung von Komponenten führen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird vorgesehen, die Umschalte- Einrichtung zwangsweise in eine definierte Ruhestellung zu bringen, sobald die Versorgungsspannung angelegt wird. Die Ruhestellung entspricht der direkten Durchschaltung der Signale auf das zugehörige Rückwand-Modul R in Fig. 7.

Diese Reset-Funktion ist auch während des Betriebes wichtig, falls ein bistabiles Relais innerhalb eines Umschalte-Modules U nicht synchron zu den restlichen Relais schaltet.

Hierzu überwacht die Zentrale MCU über ein Zustands­ sammelsignal die Schaltzustände sämtlicher Relais innerhalb eines Umschalte-Moduls U. Bei Asynchronität der Relais- Zustände bringt die Zentrale MCU durch einen Reset sämtliche Relais in ihren eindeutig definierten Ruhezustand.

Aus diesem Ruhezustand kann die Zentrale MCU danach das Umschalte-Modul U dann in den gewünschten Zustand bringen.

Die Zentrale MCU trägt nach einem Spannungsausfall dafür Sorge, daß die Zustände der Umschalte-Module U, die vor dem Auftreten des Spannungsausfalls vorlagen, wieder in die Umschalte-Module U geladen und wiederhergestellt werden.

Dagegen bleiben bei Ausfall der Zentralen MCU die Zustände in den Umschalte-Modulen wegen der vorgesehenen Bistabilität der verwendeten Relais erhalten.

Damit nach dem Austausch der Zentralen MCU diese wieder über das gesamte Umschalte-System die Kontrolle übernehmen kann, ist es erforderlich, daß die Zentrale MCU den Zustand jedes Umschalte-Moduls U aus diesen Einheiten auslesen kann.

Das erfindungsgemäße Umschalte-System geht über die reine Redundanz-Umschalte-Funktion hinaus und realisiert, bei einem geringen Mehraufwand, zusätzlich die Möglichkeit, zusammen mit der geforderten Redundanz-Umschaltung auch einen sog. Test-Bus mit umzuschalten.

Dies eröffnet für Service-Tätigkeiten die Möglichkeit jede in einem Redundanz-Pool befindliche Kanaleinheit über die Test- Buchsen in Fig. 1 für einen Test zugänglich zu machen. Als mögliche Betriebs-Unterbrechungen treten lediglich die Zeiten zur Ausführung der Umschaltung auf.

Eine Servitierbarkeit jeder einzelnen Kanaleinheit ist damit mit Hilfe des vorgesehenen Test-Busses und der Test-Buchsen möglich, ohne daß irgendeine Umbauaktion oder eine Neuverkabelung erforderlich ist.

Durch das vorgestellte Umschalte-Konzept ist ein maximales Maß an Modularität innerhalb der Umschalte-Einrichtung erreicht.

Die Umschalte-Module U sind identisch.

Adapter-Karten dienen der korrekten Verkabelung innerhalb der Umschalte-Einrichtung.

Diese Modularität des erfindungsgemäßen Umschalte-Systems minimiert den erforderlichen Entwicklungs-Aufwand, senkt die Herstell-Kosten und erhöht die Flexibilität des Umschalte- Systems.

Insgesamt ergibt sich ein außerordentlich flexibles und dennoch streng modulares Umschalte-Konzept.

Das mechanische Konzept der Umschalte-Einrichtung ist durch die schon erwähnte beschriebene strenge Modularität der Umschalte-Einrichtung geprägt.

Der Aufbau ist dargestellt in Fig. 7 und 8.

In Fig. 7 sind 7 Einheiten nebeneinander dargestellt, davon sind SMV1 und SMV2 die Stromversorgungseinheiten, KE1, KE2, KE3 und KE4 die Kanaleinheiten und MCU der zentrale Rechner für Überwachung und Umschaltung.

Jeweils hinter den aktiven Einheiten sind die Zwischenwandverdrahtungen Z und dahinter die Umschaltmodule U angebracht. Hinter den Umschaltemodulen sind Rückwand-Module R befestigt, die die Schnittstellenanforderungen an weiterführende Leitungen befriedigen.

In Fig. 8 ist dargestellt wie ein Umschaltmodul im Prinzip beschaffen ist. Die Leiterkarte L trägt die verschiedenen erforderlichen Durchverbindungen und Relais. Ebenfalls daran befestigt ist die Relais-Konfiguration Rel zur Aufnahme von HF-Relais und außerdem Steckerleisten S, die über dazugehörige Stecker und Kabel z. B. Bandleitungen wahlweise mit anderen Durchschalteeinheiten und mit dem zentralen Rechner verbunden sind.

Die Einsätze sind so konzipiert, daß die Kanaleinheiten KE, wie in Fig. 7 dargestellt, im vorderen Teil der Einsätze untergebracht sind.

Hinter den Kanaleinheiten KE ist jeweils Platz für ein Umschalte-Modul U oder einen geeigneten Adapter (Redundanzgeräte- oder Einzelgeräte-Adapter) vorgesehen.

Zwischen den Kanal-Einheiten KE und den Umschalte-Modulen U ist eine Zwischenwand-Verdrahtung Z in Form einer Verdrahtungs-Leiterkarte vorgesehen, die die folgenden Verbindungen enthält:

• - Versorgungs-Bus bestehend aus dem Stromversorgungs-Bus und dem Daten/Adress-Bus nebst einigen Steuerleitungen von bzw. zur Zentrale.

An den Versorgungs-Bus sind sowohl die Kanaleinheiten KE als auch die Umschalte-Module U angeschlossen.

• - Signal- und Steuer-Verbindungen zwischen den Kanaleinheiten KE und den zugehörigen, unmittelbar auf der anderen Seite der Zwischenwand-Verdrahtung 2 sitzenden Umschalte-Modulen U.
• - Verbindungen zwischen unmittelbar benachbarten Umschalte- Modulen U und/oder Adapter-Karten, die die Umschalte- Konfiguration festlegen.

An der Rückseitder Einschübe sind sogenannte Rückwand-Module R vorgesehen, die als austauschbare Einheiten unterschiedliche Stecker- und Schnittstellen-Anforderungen erfüllen.

Die Anschlüsse des Rückwand-Moduls R sind so ausgeführt, daß ein Anschluß wahlweise am zugeordneten Umschalte-Modul U am zugehörigen Redundanzgerät Adapter oder aber, falls auf eine Umschalte-Einrichtung verzichtet wird, am zugehörigen Einzelgeräte-Adapter erfolgt.

Die Umschalte-Einrichtung für den einen Hochfrequenz-Pfad kann in Form einer kleinen Leiterkarte, die im Wesentlichen 2 HF- Relais enthält, realisiert werden. Diese kleine Leiterkarte ist in einem Fräsgehäuse untergebracht. Dieses Fräsgehäuse wird im Signalpfad direkt mit der zugehörigen Kanaleinheit verbunden. Eine Verbindung des HF-Umschalte-Moduls mit der Hauptleiterkarte des Umschalte-Moduls wird durch eine Steckverbindung hergestellt.

Die Leiterplatte des Umschalte-Moduls enthält sämtliche restlichen Komponenten wie die Relais zur Umschaltung der analogen Sprach-Signale sowie die Halbleiter-Schaltelemente für die Umschaltung der digitalen Signale. Schnittstellen- Bausteine zur RCU und die Steckverbindungen sind ebenfalls auf dieser Leiterkarte untergebracht.

Fig. 8 stellt eine Möglichkeit für einen Entwurf zur konstruktiven Gestaltung des Umschalte-Moduls dar.

Claims (4)

1. System zur Umschaltung von Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik zum Zwecke des Ersatzes und/oder der Prüfung, mittels eines Rechners, der die Zustände und Einstellparameter von aktiven Geräten der Nachrichtentechnik speichert, wobei im Falle einer Störung oder der geforderten Prüfung eines dieser Geräte auf ein Ersatzgerät umgeschaltet wird und der Rechner die Parameter des gestörten Gerätes an das Ersatzgerät meldet.

2. System nach Patentanspruch 1 mit in Rahmen angeordneten Geräten wobei jedem aktiven und jedem Ersatzgerät ein Verdrahtungsmodul (Z), ein Umschaltemodul U oder ein Adapter- Modul und ein Rückwand-Modul (R) zugeordnet ist und die Verbindung der Module untereinander durch Steckverbinder, die Verdrahtung einzelner Modulgruppen mit anderen durch steckbare Kabel bewirkt ist.

3. Aufbaueinheit für das System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Verdrahtungsmodul (Z) die einzelnen Aus- und Eingänge des zugeordneten Gerätes so zugänglich gemacht sind, daß die steckbaren Verbindungen es gestatten, die Aus- und Eingänge der zugeordneten Geräte (E) mit den Umschaltemodulen (U) oder den Adapter-Modulen so miteinander zu verbinden, daß die Auswahl der aktiven und der Ersatzgeräte abhängig vom Platz der Einzelgeräte in der Aufbaueinheit geschehen kann.

4. Aufbaueinheit nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zusammengehörende Gerät (E), Verdrahtungsmodul (Z), Umschaltmodul (U) oder Adapter-Modul und Rückwand-Modul (R) hintereinander angeordnet sind.