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Schaltungsanordnung zur Übertragung einer Mehrzahl von als Analogspannungen
vorliegenden Meßwerten Zum Übertragen der in einer Mehrzahl von Meßwertkanälen vorhandenen
Meßwerte über einen Übertragungsweg wird unter anderem das Zeitmultiplexverfahren
verwendet. Dabei werden die einzelnen Meßwertkanäle zyklisch abgefragt und die einzelnen
Abfragewerte ineinander verschachtelt übertragen. Zur Erzielung höherer Sicherheit
gegenüber Störungen auf dem Übertragungsweg wird jeder Abfragewert als pulscodemoduliertes
Signal, d. h. als eine mehrstellige Impulskombination, übertragen. Die Umsetzung
der meist als Analogspannungen vorhandenen Meßwerte in Impulskombinationen setzt
einen Vergleich der Meßwerte mit einer Bezugsspannung voraus. Bekannte Vergleichseinrichtungen
verwenden hierzu von einem definierten Ausgangswert aus linear ansteigende Sägezahnspannungen,
die mit den einzelnen Meßwerten verglichen werden. Je nach Amplitude der Meßwertspannung
dauert es eine verschieden lange Zeit, bis die Amplitude der Sägezahnspannung der
Amplitude der Meßwertspannung gleich geworden ist. Die Zahl der in diesen Zeitraum
fallenden Impulse einer Taktimpulsfolge ist demnach genau der Amplitude des Meßwertes
proportional. Die erzielbare Genauigkeit der Umwandlung kann dabei durch die Wahl
der Impulsfolgefrequenz beeinflußt werden.
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Eine bekannte Schaltungsanordnung zum übertragen einer Mehrzahl von
Meßwerten nach dem Zeitmultiplexverfahren arbeitet nach diesem Prinzip. Dabei ist
jedem Meßwertkanal ein Vergleicher zugeordnet, der die Meßwertspannung in einen
längenmodulierten Impuls umwandelt. Dieser Impuls bereitet ein für alle Meßwertkanäle
gemeinsames Koinzidenzgatter vor, dem außerdem ständig eine Takt impulsfolge zugeführt
wird. Die am Ausgang des Koinzidenzgatters auftretenden Impulse werden in eine mehrstellige
Dualzahl umgewandelt und, mit einem zusätzlichen Kontrollschritt versehen, zum Empfänger
übertragen.
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Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung zum Übertragen einer
Mehrzahl von als Analogspannungen vorliegenden Meßwerten durch zyklische Abfrage
und wiederholte Übertragung jedes in eine proportionale Anzahl von Impulsen, sogenannten
Impulstelegrammen, verwandelten Abfrageergebnisses nach dem Zeitmultiplexverfahren
bekannt, bei dem jedem Meßwertkanal eine eigene Torschaltung in Verbindung mit einem
Vergleicher zugeordnet ist. Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird
der Aufwand an Vergleichern auch bei einer Vielzahl von Meßwertstellen auf einen
einzigen gemeinsamen Vergleiches dadurch herabgedrückt, daß jedem Meßwerteingang
in an sich bekannter Weise eine in ihrem Dämpfungsmaß in Abhängigkeit vom Meßwert
einstellbare Torschaltung zugeordnet ist, die in ebenfalls bekannter Weise während
des dem jeweiligen Meßwerteingang zustehendenAbfragezeitraums durchlässig ist und
dabei eine ständig anliegende Impulsfolge (Meßimpulsfolge) entsprechend dem durch
den Meßwert eingestellten Übertragungsmaß in der Amplitude verändert, und daß nur
ein für alle Meßwerteingänge gemeinsamer Vergleicher vorgesehen ist, an den alle
Ausgänge der Torschaltungen geführt sind, so daß alle Meßwerteingänge zyklisch im
Rhythmus der Abfrage an diesen Vergleicher über die jeweilige Torschaltung geschaltet
sind. Dem Vergleicher wird also der jeweilige Meßwert in Form einer getasteten Gleichspannung
(Meßimpulsfolge) zugeführt. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn der Vergleicher
als nahezu hystereseloser Schmitt-Trigger mit definiertem Schwellwert aufgebaut
ist und der Meßimpulsfolge eine bei Beginn jeder Meßimpulsfolge von einem definierten
Wert aus linear ansteigende Sägezahnspannung überlagert ist. Dadurch ergibt sich
der Vorteil, daß der Schwellwert des Schmitt-Triggers in einem bestimmten, relativ
großen Bereich schwanken kann, ohne daß die Zahl der am Ausgang des Schmitt-Triggers
auftretenden Impulse sich ändert. Außerdem ist es bei dieser Ausführungsform nicht
notwendig, die analoge Meßspannung zunächst in einen längenmodulierten Impuls und
erst dann in eine entsprechende Zahl von Impulsen umzuwandeln.
Die
Torschaltungen enthalten vorteilhaft je einen Transfluxor, der nur während des dieser
Torschaltung zugeordneten Abfragezeitraums eingestellt ist und nur während dieses
Zeitraums durch eine ständig zugeführte Impulsfolge über eine Ausgangswicklung Schaltimpulse
der Steuerstrecke eines Transistors zuführt, über dessen gesteuerte Strecke der
zugeordnete Meßwertkanal an den Eingang des Vergleichers angeschlossen ist.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
vorteilhaften Ausführungsbeispielen erläutert.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß
der Erfindung zur Übertragung von vier Meßwerten M1 bis M4 nach dem Zeitmultiplexverfahren.
Diese Meßwerte liegen an den oberen Eingängen der Torschaltungen T 1 bis
T 4 ständig an. Dem unteren Eingang jeder dieser Torschaltungen wird vom
Generator G 2 ständig eine Impulsfolge zugeführt, deren Impulsfolgefrequenz in Abhängigkeit
von dem für jeden einzelnen Meßwert zur Verfügung stehenden Zeitintervall und der
gewünschten Genauigkeit der Meßwertübertragung gewählt wird. Über ihre mittleren
Eingänge werden die Torschaltungen T 1 bis T4 nacheinander in zyklischer Folge durch
die Ausgangsimpulse des Verteilers VT 2. für die vom Generator G2 gelieferten
Impulse nach Maßgabe der Amplitude des entsprechenden Meßwertes durchlässig. An
den Ausgängen der Torschaltungen T 1 bis T 4
erhält man also nacheinander
Impulsfolgen mit der vom Generator G2 bestimmten Impulsfolgefrequenz und mit Amplituden,
die den zugeordneten Meßwerten M1 bis M4 proportional sind. Diese Meßimpulsfolgen
werden dem linken Eingang des Vergleichers VG zugeführt, an dessen oberem Eingang
eine vom Generator-G3 gelieferte, bei Beginn jeder Meßimpulsfolge von einem definierten
Ausgangswert linear ansteigende Sägezahnspannung anliegt. Der Vergleicher ist als
nahezu hystereseloser Schmitt-Trigger mit definiertem Schwellwert ausgeführt und
wird deshalb so lange zwischen seinen beiden Lagen hin- und hergeschaltet, wie die
Sägezahnspannung mit den überlagerten Meßimpulsen den Schwellwert über- bzw. unterschreitet.
Am Ausgang des Vergleichers VG erhält man also eine von der Amplitude der jeweils
anliegenden Meßimpulsfolge und der Steigung der Sägezahnspannung abhängige Anzahl
von Impulsen. Diese Impulse werden dem Eingang des Binärzählers Z zugeführt. Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Zähler Z fünf Binärstufen, d. h., er
kann bis 32 zählen. Demzufolge ist der höchstmöglichen Meßwertamplitude die Binärzahl
32 zugeordnet, und die Impulsfolgefrequenz des Generators G2 sowie die Steigung
der Sägezahnspannung des Generators G3 sind entsprechend gewählt.
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Der als Ringzähler ausgebildete Verteiler VT 2 wird jeweils nach dem
an der Stufe 6 des ebenfalls als Ringzähler ausgebildeten Verteilers VT 1
auftretenden Ausgangsimpuls über die Steuerstufe St von einem Impuls der
Taktphase B eines Taktimpulsgenerators G 1 um eine Stufe weitergeschaltet. Der Verteiler
VT 1
seinerseits wird durch die Ausgangsimpulse der Phase A des Taktimpulsgenerators
G1 weitergeschaltet. Die Taktimpulsfolgefrequenz des Generators G 1 wird an die
übrige Schaltung derart angepaßt, daß zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Impuls an der
Stufe 6 des Verteilers VT 1 auftritt, der Zähler Z bei jeder beliebigen Meßwertamplitude
bereits seine Endstellung aufweist. Der Ausgangsimpuls an der Stufe 6 des Verteilers
VT 1 bewirkt die Übernahme der in dem Zähler Z gespeicherten Dualzahl in den Zwischenspeicher
S und die Stillsetzung des Sägezahngenerators G3. Beim nachfolgenden Ausgangsimpuls
der B-Phase des Taktimpulsgenerators G1 wird der Verteiler VT 2 um eine Stufe weitergeschaltet,
beim darauffolgenden Ausgangsimpuls an der Stufe 1 des Verteilers VT 1 der Sägezahngenerator
G 3 wieder ausgelöst. Der Zwischenspeicher S wird nun vom Verteiler VT 1 so abgefragt,
daß bei dem Ausgangsimpuls der Stufe 1 des Verteilers VT 1 der Inhalt der Stufe
1 des Speichers S, beim Ausgangsimpuls an der Stufe 2 des Verteilers VT 1
der Inhalt der Stufe 2 des Speichers S usw. über die Ausgangsschaltung
AS ausgesendet wird.
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In Fig. 2 ist eine der Torschaltungen T 1 bis T 4
nach
Fig.1 im Detail dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Transfluxor TF
und den beiden Transistoren TR 1 und TR 2. Der Transistor TR
2
dient zum Durchschalten der am Emitter anliegenden Meßspannung M zum nicht
dargestellten Vergleicher VG. Er wird invers betrieben, d. h. Kollektor und
Emitter sind vertauscht. In dieser Betriebsart beträgt, wenn der Transistor in die
Sättigung gesteuert ist, die Kollektorrestspannung nur einen Bruchteil der Restspannung
bei normalem Betrieb.
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Wenn der Transfluxor TF durch einen Impuls über die mit einer Stufe
des Verteilers VT 2 verbundene Leitung 1 eingestellt ist, wird er durch zwei über
die Leitungen 3 und 4 zugeführte Taktimpulsfolgen gleicher Impulsfolgefrequenz jedoch
unterschiedlicher Phasenlage ständig- ummagnetisiert. Demzufolge wird der Transistor
TR 1 periodisch durchlässig gesteuert bzw. gesperrt. Der invers betriebene Transistor
TR 2 ist bei durchlässigem Transistor TR 1 in die Sättigung gesteuert und bei gesperrtem
Transistor TR 1 ebenfalls gesperrt. Die Meßspannung M wird also periodisch zum Eingang
des Vergleiches VG durchgeschaltet. Am Ende des Meßintervalls wird der Transfluxor
TF über die Leitung 2 durch einen Impuls wieder blockiert.
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In Fig.3 ist das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels
gemäß der Erfindung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden außer den
in Dualzahlen umgewandelten Meßwerten auch noch die Stellungen einer Mehrzahl von
Kontakten ebenfalls im Zeitmultiplexverfahren übertragen. Da in einem solchen ursprünglich
beispielsweise nur zur übertragung der Kontaktstellungen ausgelegten System viele
Einrichtungen bereits enthalten sind, die auch zur Übertragung von in Dualzahlen
umgewandelten Meßwerten notwendig sind, ergibt sich ein besonders geringer Aufwand.
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Die vom Generator G 1 gelieferte Taktimpulsfolge der Phasenlage A
schaltet den zehnstufigen, als Ringzähler ausgebildeten Verteiler VT 1 weiter. Jeder
Ausgangsimpuls an der letzten Stufe des Verteilers VT 1 bereitet die Steuerstufe
St vor; der nächste Impuls der Phasenlage B des Generators G1 schaltet dann
über die Steuerstufe St den Verteiler VT 2 um eine Stufe weiter. Der Verteiler
VT 2 weist die Stufen a, b ... k, die Stufen 1 bis 4
und die Stufe S4 auf. Die an den Stufen a, b . . . k auftretenden Ausgangsimpulse
dienen zusammen mit den Ausgangsimpulsen des Verteilers VT 1 zur Übertragung der
in einer Mehrzahl von in Form einer Matrix angeordneten Magnetkernen Ka 1 bis Kb
9 ... gespeicherten
Kontaktstellungen von in Fig. 3 nicht
dargestellten Kontakten, die Stufe S4 zur Übertragung eines Synchronisiersignals.
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In Fig. 4 ist beispielsweise der Magnetkern Ka 1
und der zugehörige
Kontakt sa 1 im einzelnen dargestellt. Die Leitung 1 ist mit dem Ausgang
der Stufe 1 des Verteilers VT 1, die Leitung 2 mit dem Ausgang der Stufe
a des Verteilers VT 2 verbunden. Im Ruhezustand befindet sich der Magnetkern
Kal beispielsweise im negativen Remanenzzustand, in den er durch einen früheren
Impuls der Leitung 1 gebracht worden ist. Die Ummagnetisierung des Magnetkernes
Ka 1 er-
folgt über die Leitungen 1 und 2, so daß der Kern (und alle anderen
Kerne Ka 2 bis Ka 9 dieser Matrixzeile) über die Leitung 2 vom Verteiler
VT 2 in den positiven Remanenzzustand gebracht (vorbereitet) wird. Beim darauffolgenden
Abfragen über Leitung 1 kippt der Kern Ka 1 in den negativen Remanenzzustand zurück.
Dabei wird in der Sekundärwicklung 3 ein Impuls in Durchlaßrichtung der Diode D
erzeugt. Bei geöffnetem Kontakt sal ist die Diode durchlässig, und es tritt auf
der Leitung 4 ein Impuls auf, der über die Sammelleitung LS (Fig. 3) zur Ausgangsschaltung
AS und damit zum Ausgang des nicht dargestellten Senders gelangt. Ist der
Kontakt sa 1 da-
gegen geschlossen, so ist die Diode D so stark negativ vorgespannt,
daß der in 3 induzierte Impuls die Vorspannung nicht überschreitet. In diesem Fall
tritt also auf der Leitung 4 kein Ausgangsimpuls auf. Über die Sammelleitung LS
läuft also eine Impulsfolge, bei der die Information »Kontakt offen« durch einen
Impuls und die Information »Kontakt geschlossen« durch keinen Impuls dargestellt
ist.
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Bei jedem Ausgangsimpuls an der Stufe 10 des Verteilers
VT 1. wird der Magnetkern KL ummagnetisiert und liefert einen Impuls, der
über die Ausgangsschaltung AS übertragen wird. Dieser Impuls wird auf der
Empfangsseite zu Synchronisierungszwecken verwendet.
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In Fig. 5 ist dieser Magnetkern KL im einzelnen dargestellt. Die Leitung
2 ist an die Ausgänge a, b ...
und 1 bis 4 des Verteilers VT 2 angeschlossen.
Die Impulse in dieser Leitung bereiten den Kern KL vor, indem sie ihn z. B. in die
positive Remanenzlage bringen. Die Leitung 1 ist an den Ausgang der Stufe 10 des
Verteilers VT 1 angeschlossen. Tritt auf der Leitung 1 ein Impuls auf, so wird der
Magnetkern KL in die negative Remanenzlage zurückmagnetisiert und dabei auf der
Abfrageleitung 2 ein Impuls erzeugt, der über die Ausgangsschaltung AS übertragen
wird.
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Die Meßwertübertragung erfolgt in der bereits bei Fig. 1 im einzelnen
beschriebenen Weise erst dann, wenn die Stufe 1 des Verteilers VT 2 eingeschaltet
ist. In diesem Fall wird in der bereits beschriebenen Weise, veranlaßt durch die
Stufe k des Verteilers VT 2, der Meßwert M 1 über die Torschaltung
T 1
zum Vergleicher VG durchgeschaltet, dem andererseits die von dem Sägezahngenerator
G 3 gelieferte Sägezahnspannung zugeführt wird. Die am Ausgang des Vergleichers
VG auftretenden Impulse werden dem Binärzähler Z zugeführt, der bei diesem Ausführungsbeispiel
acht Stufen aufweist und demnach bis 256 zählen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist also eine genauere Meßwertübertragung möglich. Bei dem Ausgangsimpuls an der
Stufe 9 des Verteilers VT 1 wird die in dem Binärzähler Z gespeicherte Dualzahl
in den Zwischenspeicher S übernommen und gleichzeitig der beim Ausgangsimpuls an
der Stufe 1 des Verteilers VT 1 ausgelöste Sägezahngenerator G3
wieder stillgesetzt.
Beim nachfolgenden Ausgangsimpuls an der Stufe 1 des Verteilers VT 1 wird
die in der Stufe 1 des Zwischenspeichers S gespeicherte Information über die bistabile
Kippschaltung KS und die Ausgangsschaltung AS übertragen, bei dem Ausgangsimpuls
an der Stufe 2 des Verteilers VT 1 wird die in der Stufe 2 des Speichers gespeicherte
Information entsprechend übertragen usw. Währenddessen wird bereits der nächste
Meßwert in der beschriebenen Weise in den Binärzähler Z eingezählt. Die Kippstufe
KS, die durch den Ausgangsimpuls an der Stufe 9 des Verteilers VT 1 abgefragt
und dabei immer in die Null Lage gestellt wird, wird durch die bei der schrittweisen
Ausspeicherung der in den Stufen 1 bis 8 des Zwischenspeichers S gespeicherten Information
immer dann umgeschaltet, wenn in der betreffenden Stufe des Zwischenspeichers S
eine 1 gespeichert war. Die Kippstufe KS liefert bei jedem Lagewechsel einen Impuls
an die Ausgangsschaltung AS.
Beim Auftreten des Ausgangsimpulses an der Stufe
9 des Verteilers VT 1 steht die Kippstufe KS also in der Null-Lage, wenn in dem
Speicher S eine gerade Anzahl von »Einsen« gespeichert war. Sie steht dagegen in
der Stellung 1, wenn die Zahl der in den Stufen 1 bis 8 des Zwischenspeichers S
gespeicherten »Einsen« ungerade war und wird in diesem Fall durch den Ausgangsimpuls
an der Stufe 9 des Verteilers VT 1
wieder in die Null-Lage zurückgeschaltet.
Dabei wird ein zusätzlicher Impuls über die Ausgangsschaltung AS übertragen.
Jeder einen Meßwert darstellenden Dualzahl wird also ein zusätzlicher Schritt angefügt,
der die Zahl der Einsen auf einen geraden Wert ergänzt. Damit wird eine einfache
Sicherung (Paritätssicherung) gegen Übertragungsfehler erreicht.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 während der Aussendung
eines Meßwertes bereits der nächste Meßwert verschlüsselt und die meßwertproportionale
Impulsfolge in den Binärzähler Z eingezählt wird, steht als Zeit für die Verschlüsselung
eines Meßwertes die Dauer eines ganzen Meßwerttelegram mes zur Verfügung (acht Schritte
und 1 Kontrollschritt). Dies wirkt sich vorteilhaft bei der 1.7bertragung mit höheren
Telegraphierfrequenzen, z. B. 600 Bd aus.