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Schaltungsanordnung zum fremdpotentialfreien Prüfen eines aus
n Zeilen und m Spalten bestehenden Leitungsvielfaches nach Art eines
»1 aus n«-Codesignalprüfers Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum
fremdpotentialfreien Prüfen eines aus n Zeilen und m Spalten bestehenden Leitungsvielfaches
nach Art eines »1 aus n«-Codesignalprüfers. Im besonderen bezieht sich die Erfindung
auf Anlagen der Fernwirktechnik. Dort werden sowohl von einer Zentrale Befehle ausgesendet,
die bestimmte Vorgänge veranlassen, als auch von einer oder mehreren Unterstationen
Informationen geliefert, die über Betriebszustände Auskunft geben, z. B. über die
Stellung von Schaltern, Peilantennen, Schiebern. Auch bestimmte ausgegebene Meßwerte,
wie Spannung, Leistung, Druck usw. sind als derartige Informationen anzusehen.
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Neben elektromechanischen sind neuerdings elektronische Fernsteueranordnungen
bekanntgeworden. Dabei werden empfangsseitig von einer sendenden Stelle eintreffende
Informationen, z. B. jeweils über ein in Form einer Relaismatrix ausgebildetes,
aus n Zeilen und m Spalten bestehendes Leitungsvielfach ausgegeben.
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Die Steuerung einer solchen Relaismatrix erfolgt spalten- und zeilenweise,
d. h., die Informationen werden entweder einzeln oder zeilenweise an entsprechende
Schaltmittel übergeben. Die Informationen, die über ein solches Leitungsvielfach
(Relaismatrix) ausgegeben werden, können sowohl Meldungen als auch Befehle sein.
Bei der Ausgabe von Informationen, die Meldungen oder Befehle darstellen, müssen
jedoch ganz bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Ist die auszugebende Information
eine Meldung, so darf stets nur eine von n Zeilen der Matrix erregt sein. In diesem
Fall ist die Anzahl der zugleich mit einer Zeile erregten Spalten unerheblich. Ist
die auszugebende Information dagegen ein Befehl, so darf außer nur einer Zeile auch
nur eine von m Spalten der Matrix erregt sein. Einer Informationsausgabe muß also
stets eine »1 aus n«- (nur Zeilen) bzw. eine »1 aus n«- und eine »1 aus
m«-
Prüfung (Zeilen und Spalten) vorausgehen.
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Ein Kriterium für die Ausgabe von Informationen über eine aus
n Zeilen und m Spalten bestehende Relaismatrix kann nun so gewonnen
werden, daß sowohl bezüglich der n Zeilen eine »1 aus n«-Prüfung als auch bezüglich
der m Spalten eine » 1 aus m«-Prüfung vorgenommen wird. Unter der Bezeichnung
»1 aus n« bzw. »1 aus m« soll im folgenden stets verstanden werden, daß eine Prüfschaltung
nur dann einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn von n bzw. m Leitungen nur eine einzige
erregt ist. Bei der Ausgabe von Meldungen kann sich die Prüfung auf die Zeilen beschränken
(»1 aus n«-Prüfung). Bei der Ausgabe von Befehlen muß die Prüfung aber auch auf
die Spalten ausgedehnt werden (»1 aus n«- und »1 aus m«-Prüfung).
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In bekannten Anordnungen zur »1 aus n«- bzw. »1 aus m«-Prüfung werden
diese Kriterien dadurch gewonnen, daß die Leitungen jeweils einer Art eines Leitungsvielfaches
über einen gemeinsamen Widerstand oder die gemeinsame Wicklung eines Anzeigerelais
geführt werden. Das Kriterium, daß eine Informationsausgabe möglich ist, wird dadurch
gewonnen, daß nur durch den Zustand »Strom in einer Leitung« ein Ausgabesignal erzeugt.
wird. Eine solche Schaltungsanordnung ist jedoch nur dann anwendbar, wenn die Lastwiderstände
der einzelnen Leitungen nahezu gleich groß sind. Diese Dimensionierungsvorschrift
kann aber oftmals nicht eingehalten werden, da der Lastwiderstand einer Leitung
(beispielsweise einer Zeile oder einer Spalte) von der Zahl der in dieser Leitung
(Zeile oder Spalte) erregten Ausgabeschaltungen abhängt. Diese Zahl ist jedoch von
Fall zu Fall verschieden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben.
Sie geht dazu von dem Gedanken aus, zur Ableitung eines Kriteriums für die Freigabe
einer Informationsausgabe nicht mehr wie bisher den Strom in den Leitungen, sondern
das Potential der Leitungen zu prüfen, ohne daß an die Leitungen Prüfpotential angelegt
wird. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß parallel zu den Zeilen- und/oder
Spaltenleitungen des Leitungsvielfaches eine Prüfleitung angeordnet ist, die über
Dioden und Prüfwiderstände mit jeder dazu parallelen Leitung des Leitungsvielfaches
verbunden ist und über die ein von der Anzahl der erregten Leitungen abhängiger
Prüfstrom fließt, und daß eine Vergleichsschaltung vorhanden ist; die einen Magnetkern
mit
rechteckförmiger Hysteresisschleife enthält, der über eine erste Wicklung durch
den Prüfstrom in einer Richtung erregt und über eine zweite Wicklung durch Vergleichsstromimpulse
in der entgegengesetzten Richtung erregt wird.
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Eine sichere Bewertung der drei interessierenden Betriebszustände
und damit eine eindeutige Ableitung des Kriteriums für die Freigabe der Informationsausgabe
wird dann gewonnen, wenn der bei Erregtseün einer Leitung über diese Leitung fließende
Einzelstrom stets größer ist als der Ummagnetisierungsstrom des Magnetkerns, wenn
der den Magnetkern über seine zweite Wicklung beeinflussende Vergleichsimpulsstrom
stets kleiner ist als die Summe aus dem doppelten Einfachstrom einer Leitung des
Leitungsvielfaches und dem Ummagnetisierungsstrom des Magnetkernes und wenn beide
Wicklungen gleiche Windungszahlen haben.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
den Vergleichsimpulsstrom derselben Quelle zu entnehmen wie den Einzelstrom, da
sich dann der über die Leitungen des Leitungsvielfaches fließende Einzelstrom und
der Vergleichsimpulsstrom stets im gleichen Verhältnis ändern. Dadurch arbeitet
die Schaltung in einem weiten Temperaturbereich unabhängig von Spannungsschwankungen.
Ein weiterer Vorteil der durch die Erfindung vorgeschlagenen Schaltung ist darin
zu sehen, daß durch die Verwendung eines Magnetkernes die Prüfschaltung von den
zu prüfenden Leitungen galvanisch getrennt ist.
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An einem Prinzipschaltbild, das in der F i g. 1 dargestellt ist, soll
das Prinzip der Erfindung näher erläutert werden.
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Es ist dort ein Leitungsvielfach LV dargestellt, das der Übersichtlichkeit
wegen lediglich Leitungen der einen Art enthält. Die im folgenden beschriebenen
Vorgänge verlaufen natürlich in derselben Art, unabhängig davon, ob die Leitungen
zeilenweise oder spaltenweise vorhanden sind.
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Jede der dort dargestellten mit je einem Belastungswiderstand R 1...
R n in Reihe angeordneten Leitungen L 1, L 2, L 3 ... L n des
Leitungsvielfaches LV
ist über eine Entkopplungsd-iode Dl ...
D n und über einen Prüfwiderstand Rp 1 ... Rp n mit einer parallel
zu den Leitungen des Leitungsvielfaches liegenden Prüfleitung Lp verbunden. Der
in dieser Prüfleitung fließende Prüfstrom ip setzt sich aus der Summe der Einzelprüfströme
ik aller gegebenenfalls gleichzeitig erregten Leitungen des Leitungsvielfaches zusammen.
Der Prüfstrom ip magnetisiert in der Vergleichsschaltung V einen Magnetkern Mk mit
rechteckförmiger Hysteresisschleife über eine erste Wicklung w1. Über einen Widerstand
Rv werden dem Magnetkern Mk Vergleichsstromimpulse iv zugeführt, die den Kern über
seine zweite Wicklung w2 entgegengesetzt magnetisieren. Die Vergleichsstromimpulse
iv werden vorzugsweise der Taktversorgung des Systems entnommen. Ein über die Wicklungen
w3 und w4 des Magnetkernes Mk nachgeschalteter Transistor T liefert am Ausgang
A nur dann ein Kriterium für die Freigabe der Informationsausgabe, wenn nur
eine Leitung des Leitungsvielfaches LV
erregt ist. Das wird dadurch erreicht,
d'aß die Wicklungen w l und w2 sowie die Prüfwiderstände Rp 1 . . . Rp
n und der Widerstand Rv so dimensioniert sind, daß die durch den bei Erregtsein
einer Leitung über diese Leitung und über den zugeordneten Prüfwiderstand fließenden
Einzelstrom hervorgerufene Erregung des Magnetkernes stets -größer ist als die Ummagnetisierungsfeldstärke
des Magnetkernes. Eine besonders einfache Lösung ergibt sich dann, wenn die Wicklungen
w1 und w2 des Magnetkernes Mk gleich sind (w l = w2). Denn es gilt, daß der bei
nur einer erregten Leitung über die Wicklung w1 des Magnetkernes Mk fließende Prüfstrom
ip (der in diesem Fall gleich dem Einfachstrom ik ist) größer ist als der Ummagnetisierungsstrom
ic des Magnetkernes Mk, während der über den Widerstand Rv fließende Vergleichsimpulsstrom
iv kleiner ist als die Summe aus dem doppelten Einfachstrom (2 - ik) und
dem Ummagnetisierungsstrom (ic) des-Magnetkernes (iv G 2 - ik -I- ic)_ Die dabei
auftretenden Vorgänge seien im einzelnen an Hand der F i g. 2 näher erläutert.
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Dem Fall a) liegt die Voraussetzung zugrunde, daß keine der Leitungen
des Leitungsvielfaches LV erregt ist. Die Prüfleitung Lp und damit auch die Wicklung
w1 des Magnetkernes sind dann stromlos. Durch vorangegangene Vergleichsimpulse iv
ist der Magnetkern Mk bereits in die positive Remanenzlage gebracht worden. Durch
die weiteren Vergleichsimpulse iv wird er nicht mehr ummagnetisiert und kann somit
den Ausgabetransistor T nicht ansteuern. Am Ausgang A erscheint demzufolge während
der Prüfzeit kein Ausgabeimpuls.
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Dem Fall b) liegt die Voraussetzung zugrunde, daß eine einzige Leitung,
z. B. L 1, des Leitungsvielfaches erregt ist. Der dann über die Prüfleitung Lp und
somit auch über die Wicklung w1 des Magnetkernes Mk fließende Prüfstrom ip entspricht
dann dem über den Prüfwiderstand Rp 1 fließenden Einfachstrom ik. Da ik> ic, wird
dadurch der Kern Mk auf dem negativen Sättigungsast bei -Bsl festgehalten. Jeder
Vergleichsimpuls iv magnetisiert den Magnetkern nach +Bs um. Der nachgeschaltete
Transistor T gibt jedesmal einen Ausgabeimpuls an den Ausgang A ab.
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Im Fall c) soll vorausgesetzt werden, daß zwei oder mehr Leitungen,
z. B. L 2 und L 3, des Leitungsvielfaches LV erregt sind. Der dann
über die Prüfleitung Lp und über die Wicklung w1 des Magnetkernes Mk fließende Prüfstrom
ip setzt sich somit aus den über die Prüfwiderstände Rp 2 und Rp 3 fließenden Einfachströme
zusammen (ip = 2 ik). Da ik>ic, wird der Kern in der negativen Sättigungslage
bei -Bs2 festgehalten. Die Vergleichsimpulse iv reichen nun nicht mehr aus, den
Kern umzumagnetisieren, d. h. der Transistor T gibt in diesem Fall während der Prüfzeit
keinen Ausgabeimpuls am Ausgang A ab.
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Ein besonders günstiges Betriebsverhalten stellt sich dann. ein, wenn
die über die Prüfwiderstände fließenden Einzelströme groß sind gegenüber dem Ummagnetisierungsstrom
ic des Magnetkernes Mk. Diese Bedingung ist lediglich durch die Belastbarkeit der
zu prüfenden Leitungen begrenzt.
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Die F i g. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel, bei dem die Prüfung gemäß
der Erfindung Anwendung findet.. Es ist dort eine Relaismatrix eines Fernsteuerempfängers
dargestellt, die aus n Zeilen Z1, Z2 ... Zrc und aus
m Spalten S1, S2 ... Sm besteht. Jeder Zeile ist ein
Zeilenverstärker ZV 1... ZV n und jeder Spalte ein Spaltenverstärker
SV 1. . . SV m zugeordnet. Zeilen- und Spaltenverstärker werden über Transfluxoren
angesteuert. Alle Zeilen sind über
Dioden DZ 1
... DZn und über Prüfwiderstände RZp 1... RZp n mit einer Prüfleitung
Lpz verbunden, während alle Spalten ebenfalls über Dioden DS1 ... DS
m und über Prüfwiderstände RSp 1... RSp m
mit einer zweiten
Prüfleitung Lps verbunden sind. Die »1 aus n«-Prüfung erfolgt in der Vergleichsschaltung
VZ für die Zeilen. Die »1 aus m«-Prüfung erfolgt in der Vergleichsschaltung VS für
die Spalten in der bereits beschriebenen Weise. Die über die Prüfleitungen fließenden
Prüfströme ips bzw. ipz setzen sich wiederum aus den über die Prüfwiderstände der
einzelnen, gegebenenfalls mehrfach erregten Zeilen bzw. aus den über die Prüfwiderstände
fließenden Einzelströme der gegebenenfalls gleichzeitig erregten Spalten zusammen.
über die beiden Leitungen Lb und La werden von den Klemmen a
und b
den Vergleichsschaltungen VZ und VS die Vergleichs:stromimpulse iva bzw. ivb zugeführt.
Entsprechend dem hier angegebenen Beispiel sind die Vergleichsimpulse iva und ivb
gegeneinander phasenverschoben. Außerdem ist ein Schalter S vorgesehen, der in Stellung
1 eine Prüfung auf erregte Spalten und Zeilen, in Stellung 2 dagegen eine Prüfung
nur auf erregte Zeilen gestattet. Damit kann also die »1 aus n«- bzw. »1 aus m«-Prüfung
entsprechend der Ausgabe eines Befehls oder einer Meldung eingestellt werden. Ein
den Vergleichsschaltungen VS und VZ nachgeschalteter Mischkern FkM wird bei
der Stellung 1 des Schalters S nur dann umgesteuert, wenn nur eine einzige Zeile
und nur eine einzige Spalte des Leitungsvielfaches erregt ist, da nur in diesem
Fall die Ausgangstransistoren der Vergleichsschaltungen VS und VZ einen Ausgangsimpuls
liefern. Durch den Ausgangsimpuls des Mischkernes FkM wird über einen Transistor
T 2 eine Dualteilerstufe DT betrieben, die erst nach zweimaligem Ummagnetisieren
des Mischkernes FkM einen Ausgabeimpuls abgibt und damit eine Freigabeschaltung
L steuert, auf deren Wirkungsweise bei der Funktionsbeschreibung der Schaltung näher
eingegangen wird. Befindet sich dagegen der Schalter S in Stellung 2, so
wird die Dualteilerstufe DT direkt über den Ausgangstransistor der Vergleichsschaltung
VZ umgesteuert, wenn eine einzige Zeile erregt ist.
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Es soll nun an Hand der Funktionsbeschreibung die Wirkungsweise des
in der F i g. 3 dargestellten Fernsteuerempfängers mit einer aus Spalten und Zeilen
bestehenden Relaismatrix beschrieben werden. Dabei soll zuerst der Fall betrachtet
werden, der durch die Ausgabe von Befehlen bedingt ist. Es darf dann nur ein Relais
der Matrix während einer bestimmten, aus der Schaltungslogik des Empfängers abgeleiteten
Ausgabezeit anziehen. Erregerströme können nur dann von eingeschalteten Zeilenverstärkern
zu eingeschalteten Spaltenverstärkern fließen, wenn über die Freigabesteuerung L
Erdpotential an die Ausgangstransistoren der Zeilenverstärker gelegt ist.
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Zu Beginn der Ausgabe bringt eine Steuerschaltung K über eine Steuerleitung
Lsl während. einer Zeit t1, die auf jeden Fall kleiner ist als die Anzugzeit ta
der Ausgaberelais der Matrix, Erdpotential an die Zeilenverstärker ZV 1...
ZV n. Gleichzeitig wird über eine weitere Steuerleitung Ls2 während desselben
Zeitintervalls auch an die Vergleichsschaltungen VS und VZ Erdpotential
gelegt. Während dieser Zeit t1 prüfen die Vergleichsschaltungen VS und
VZ die Zeilen und die Spalten der Relaismatrix in der bereits beschriebenen
Weise. Für den hier vorausgesetzten Fall, daß ein Befehl ausgegeben werden soll,
darf also während der Informationsausgabe stets nur eine von n Matrixzeilen und
außerdem auch nur eine von m Matrixspalten erregt sein. Da sich dabei der Schalter
S in der Stellung 1 befindet, werden bei einer richtigen Erregung der Matrixzeilen
und Matrixspalten in bereits beschriebener Weise über die Ausgangstransistoren der
Vergleichsschaltungen VS und VZ jeweils Ausgangsimpulse abgegeben,
durch die der Mischkern FkM gesteuert wird. über den Transistor T2 sowie über die
Dualteilerstufe DT wird erst nach zweimaligem Ummagnetisieren des Mischkernes FkM
ein Ausgabeimpuls abgegeben. Durch diesen Ausgabeimpuls wird die Freigabesteuerung
L erregt, die ihrerseits für die Zeit t2, die jedenfalls größer ist als die Anzugzeit
der Ausgaberelais, Erdpotential an die Zeilenverstärker legt. Das entsprechende
Relais kann anziehen.
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Bei der Ausgabe von Meldungen ist die Zahl der erregten Spalten beliebig.
Bei einer »1 aus n«-Prüfung kommt es also dann nur darauf an, daß jeweils nur eine
einzige Zeile der Relaismatrix erregt ist. Die entsprechende Prüfschaltung wird
in der F i g. 3 durch Umlegen des Schalters. S in die Stellung 2 gebildet. Die Vergleichsschaltung
VZ steuert dann direkt den Dualteiler DT. Die Vorgänge verlaufen im einzelnen in
derselben Weise.
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Die Anzeige »keine Zeile oder Spalte erregt« bzw. »mehr als eine Zeile
oder Spalte erregt« wird durch eine Alarmschaltung AS erreicht. Die Alarmschaltung
AS wird von der Steuerschaltung K angestoßen und von der Freigabesteuerung
L abgeschaltet: Da ein in der Alarmschaltung enthaltenes Relais um die Zeit t3,
die größer ist als die Prüfzeit t1, ansprechverzögert ist, wird erst dann ein Alarm
ausgelöst, wenn über den Mischkern FkM und über die Dualteilerstufe DT kein Ausgabeimpuls
geliefert wird und somit die Prüfung nicht erfolgreich war.