-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur bilateralen
Impulsreduzierung für elektronische Bidirektional- und Diferenzimpulszähler, wobei
beim Empfang von Impulsen der ersten Art aufwärts und beim Empfang von Impulsen
der zweiten Art abwärts gezählt wird und wobei der eine Eingang eines mit zwei Eingängen
versehenen UND-Gatters Impulse der ersten Art empfängt und sein anderer Eingang
durch den Zähler dann erregt wird, um das Gatter zu öffnen, wenn sich der Zähler
an der oberen Grenze seines Zählbereichs befindet, und wobei ein Eingang eines weiteren
mit zwei Eingängen ausgestatteten UND-Gatters Impulse der zweiten Art empfängt und
sein anderer Eingang durch den Zähler dann erregt wird, um dieses Gatter zu öffnen,
wenn sich der Zähler an seiner unteren Grenze seines Zählbereichs befindet, wobei
mit dem Ausgang jedes UND-Gatters ein Register verbunden ist, welches bei Öffnung
des entsprechenden UND-Gatters die Impulse der entsprechenden Art speichert, und
wobei Verzögerungsschaltungen zur Verzögerung des Öffnens jedes UND-Gatters vorgesehen
sind, um die Öffnung bis zum Ende des Impulses zu verzögern, der den Zähler auf
den entsprechenden Grenzwert seines Zählbereichs einstellt. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf eine derartige elektrische Schaltungsanordnung, die zur Summierung
elektrischer Signale dient, die von einer Vielzahl von Quellen, wie beispielsweise
von Meßzählern für elektrische Energie, herkommen.
-
Es ist bereits eine elektrische Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher
eine Speichervorrichtung in der Form eines einzelnen Flip-Flops vorgesehen ist,
um so die ankommenden Signale zu speichern; dabei wird durch ein in die Speichervorrichtung
eintretendes Signal der einen Art das darin enthaltene Signal der anderen Art gelöscht,
wobei ein erstes Signalregister zur Registrierung jedes Signals der ersten Art dient,
welches in die Speichervorrichtung eintritt, nachdem das Signal der zweiten Art
darin gelöscht ist; zudem ist ein zweites Signalregister zum Aufzeichnen von Signalen
der zweiten Art vorhanden, welche in die Speichervorrichtung eintreten, nachdem
das darin gespeicherte Signal der ersten Art gelöscht wurde. Schließlich ist bei
dieser bekannten Schaltungsanordnung auch ein Verzögerungskreis zwischen einem Ausgang
des Flip-Flops und einem entsprechenden Signalregister vorgesehen. Bei dieser bekannten
Anordnung ist jedoch nachteilig, daß bei dichter Aufeinanderfolge der Impulse der
ersten und zweiten Art eine fehlerhafte Arbeitsweise auftreten kann, und zwar insbesondere
dann, wenn die Impulse nicht scharf ausgebildet sind oder wenn die Impulse eine
auseinandergezogene Breite aufweisen. Diese bekannte Schaltungsanordnung kann nur
daher dann zufriedenstellend arbeiten, wenn die ankommenden Signale eine wohldefinierte
Gestalt aufweisen.
-
Ferner ist eine auf elektrische Impulse einer ersten und zweiten Art
ansprechende Schaltungsanordnung bekannt, bei welcher ein reversibler Zähler durch
Impulse der einen Art nach oben und durch Impulse der anderen Art nach unten gezählt
wird. Die Impulse der einen Art werden dabei über ein erstes UND-Gatter und die
Impulse der anderen Art über i ein zweites UND-Gatter empfangen. Der Zähler erzeugt
entsprechende Ausgangsgrößen, wenn er den oberen Grenzwert bzw. den unteren Grenzwert
seines Zählbereichs erreicht. Diese beiden Ausgangsgrößen des Zählers steuern entsprechende
Verzögerungsschaltungen. Wenn der Zähler seinen oberen Grenzwert erreicht, so kommt
am Ende der Verzögerungsperiode eine der Verzögerungsschaltungen in ihren Betriebszustand
und schließt das den Durchlaß der Impulse der ersten Art zum Zähler steuernde UND-Gatter
und öffnet ein drittes UND-Gatter, welches diese Impulse direkt zu einem Schaltungsausgang
gelangen läßt. Wenn der Zähler seinen unteren Grenzwert erreicht, so kommt in ähnlicher
Weise am Ende einer Verzögerungsperiode die andere Verzögerungsschaltung in ihren
Betriebszustand und schließt das den Durchlaß der Impulse der zweiten Art zum Zähler
steuernde UND-Gatter und öffnet ein viertes UND-Gatter, welches die Impulse der
zweiten Art zu einem weiteren Schaltungsausgang gelangen läßt.
-
Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung und ebenso bei der zuerst
erwähnten bekannten Schaltungsanordnung gewährleisten die Verzögerungsschaltungen,
daß ein Impuls, der den Zähler auf seinen unteren oder oberen Grenzwert einstellt,
nicht gleichzeitig zum entsprechenden Schaltungsausgang laufen kann; mit anderen
Worten: die betreffende Verzögerungsschaltung stellt sicher, daß dieser Impuls vollständig
zu Ende gegangen sein muß, bevor der Weg zum entsprechenden Schaltungsausgang geöffnet
wird. Bei der zweiten bekannten Schaltungsanordnung ist jedoch nachteilig, daß sie
verhältnismäßig kompliziert ist und vier UND-Gatter sowie zwei Verzögerungsschaltungen
benötigt.
-
Zur Vermeidung der Nachteile dieser bekannten Schaltungsanordnungen
ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede Verzögerungsschaltung die Verzögerung
der Impulse der ersten bzw. zweiten Art beim Eintritt in den Zähler vornimmt und
dabei auch die Impulse formt und daß die beiden UND-Gatter direkt mit dem Zähler
in Verbindung stehen, so daß sie unmittelbar geöffnet werden, wenn der Zähler den
entsprechenden Grenzwert seines Zählbereichs erreicht.
-
Aus diese Weise bilden die Verzögerungsschaltungen die einzige Verbindung
zwischen den ankommenden Impulsen und den Zählereingängen, und die Zählerausgänge
sind direkt mit den die Signalregister speisenden UND-Gattern verbunden. Die Verzögerungsschaltungen
können somit zur Impulsformung ausgebildet sein und zusätzlich die erforderliche
Verzögerungswirkung vornehmen; die gemäß der Erfindung vorgesehene Schaltungsanordnung
kommt dabei mit einem Minimum an Komponenten aus, denn sie benötigt nur zwei UND-Gatter.
-
Im folgenden wird als Ausführungsbeispiel eine elektrische Schaltungsanordnung
zur Summierung elektrischer Signale beschrieben, die durch eine Vielzahl elektrischer
Energiemeßzähler erzeugt werden; einige dieser Zähler messen den elektrischen Energiefluß
zu einem speziellen Punkt in einer Leistungsschaltung, und einige messen den vom
Punkt weglaufenden elektrischen Energiefluß.
-
In der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung zeigt F i g.
1 eine Blockschaltung der Schaltungsanordnung, Fig. 2A, 2B eine ins einzelne gehende
Schaltung der Schaltungsanordnung.
-
Die Messung der elektrischen Energie an einer
Stelle
in einem komplexen Schaltungsnetzwerk umfaßt die Berücksichtigung der Energieströmung
in zwei Richtungen, d. h. zu der betreffenden Stelle hin und von dieser weg. Im
folgenden seien die Ausdrücke »Import« und »Export« zur Beschreibung der beiden
Strömungsrichtungen verwendet. Aus praktischen Gründen kann die Kenntnis des Netto-Exports
elektrischer Energie von einer bestimmten Stelle weg und des Netto-Imports elektrischer
Energie zu einer bestimmten Stelle hin notwendig sein. Diese beiden Größen erhält
man aus einem Vergleich des (Gesamt-)Brutto-Exports der Energie und des Brutto-Imports
der Energie. Die zu beschreibende Schaltungsanordnung mißt diese Brutto-Größen durch
Summierung elektrischer Impulse, die von einer Vielzahl geeignet angeschalteter
Elektrizitätszähler kommen und subtrahiert ferner die kleinere der Brutto-Größen
von der größeren und stellt das Ergebnis auf dem zugehörigen Register von zwei Registern
dar, die den Netto-Export bzw. den Netto-Import der Energie anzeigen.
-
Die Schaltungsanordnung (F i g. 1) weist einen Speicher 10 in der
Form eines umkehrbaren (reversiblen) nichtzyklischen Zählers auf, der von »1« bis
»5« zählen kann; ferner ist ein Netto-Import-Register 12 und ein Netto-Export-Register
14 vorgesehen. Die Schaltungsanordnung besitzt zwei Eingangsleitungen 16 und 18.
Die Leitung 16 ist über eine geeignete nicht gezeigte Schaltung mit einem oder mehreren
ebenfalls nicht gezeigten Meßzählem für elektrische Energie verbunden und führt
»Import«-Impulse, deren jeder die Messung einer vorgegebenen Menge elektrischer
Energie darstellt, welche zu dem besonderen Punkt, an dem die Messungen ausgeführt
werden, fließt. Die Leitung 16 ist mit einem UND-Gatter 20 verbunden, dessen Ausgang
mit dem Netto-Import-Register 12 in Verbindung steht. Eine Leitung 22 verbindet
die Leitung 16 über eine Verzögerungsschaltung 24 mit dem einen Eingang 26 des Zählers
10, wodurch jeder Impuls auf Leitung 16, nachdem er durch die Verzögerungsschaltung
24 vergrößert ist, den Zählerstand im Zähler 10 um eins vergrößert. Wenn der Zähler
den Zählerstand »fünf« erreicht, üben weitere Impulse auf Leitung 16 keine Wirkung
auf ihn aus.
-
Die Leitung 18 ist über eine nicht gezeigte Steuerschaltung mit einem
oder mehreren weiteren, ebenfalls nicht gezeigten Meßzählern für elektrische Energie
verbunden und führt »Export«-Impulse, deren jeder die Messung einer vorgegebenen
elektrischen Energiemenge darstellt, die von dem Punkt an dem die Messungen durchgeführt
werden, wegfließt. Die Leitung 18 ist mit einem UND-Gatter 28 verbunden, dessen
Ausgang mit dem Netto-Export-Register 14 in Verbindung steht. Eine Leitung 30 verbindet
die Leitung 18 über eine Verzögerungsschaltung 32 mit dem anderen Eingang 34 des
Zählers 10, wodurch jeder Impuls auf Leitung 18, nachdem er durch die Verzögerungsschaltung
32 verzögert wurde, den Zählerstand im Zähler 10 um eins vermindert. Wenn der Zähler
den Zählerstand »eins« erreicht, üben weitere Impulse auf Leitung 18 keine Wirkung
auf ihn aus.
-
Der Zähler 10 besitzt zwei Ausgangsleitungen 36 und 38, die
mit den zweiten Eingängen der UND-Gatter 20 bzw. 28 verbunden sind. Die Leitung
36 wird dann erregt, wenn der Zählerstand im Zähler 10 »fünf« ist, während die Ausgangsleitung
38 dann erregt wird, wenn der Zählerstand im Zähler 10 »eins« ist.
-
Die nicht gezeigte Steuerschaltung, welche die Impulse in die Leitungen
16 und 18 einspeist, gewährleistet, daß nur eine Leitung in jedem Zeitpunkt einen
Impuls führen kann.
-
Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung beschrieben.
-
Es sei angenommen, daß im Zähler 10 sich ein Zählerstand von »fünf«
befindet und daß aufeinanderfolgende Export-Impulse auf Leitung 18 auftreten, während
die Leitung 16 keine Impulse führt.
-
Jeder der ersten vier Export-Impulse, die auf Leitung 18 ankommen,
nachdem sie in der Verzögerungsschaltung 32 verzögert sind, vermindert den Zählerstand
des Zählers 10 um eins, haben jedoch keinen anderen Einfuß auf die Schaltungsanordnung:
diese vier Export-Impulse können nicht durch das UND-Gatter 28 hindurch zum
Register 14 gelangen. Der vierte Export-Impuls bewirkt jedoch, daß der Zählerstand
im Zähler 10 auf »eins« vermindert wird, so daß die Leitung 38 erregt wird. Somit
kann der fünfte Export-Impuls und jeder folgende Export-Impuls direkt durch das
UND-Gatter 28 laufen und die Gesamtsumme im Netto-Export-Register 14 um eins
vergrößern.
-
Es sei nunmehr angenommen, daß auf der Leitung 16 Import-Impulse ankommen.
Da die Leitung 36 nicht erregt ist, laufen die ersten vier Eingangsimpulse nicht
durch das UND-Gatter 20 zum Register 12, sondern dienen nur zur Vergrößerung
des Zählerstandes des Zählers 10 von »1« auf »5«, worauf die Leitung 36 erregt
wird. Der fünfte Eingangsimpuls auf Leitung 16 kann daher durch das UND-Gatter
20 laufen und wird im Netto-Import-Register 20
registriert.
-
Wenn auf Leitung 16 beispielsweise nur zwei Import Impulse empfangen
werden, so wird der Zähler lediglich einen Zählerstand von »3« annehmen, und beide
UND-Gatter 20 und 28 werden geschlossen gehalten. Wenn der nächstfolgende Impuls
ein Export-Impuls auf Leitung 18 ist, so wird der Zähler 10 einen Zählerstand
von »2« annehmen, und beide UND-Gatter bleiben geschlossen. Nur wenn eine ausreichende
Anzahl von Impulsen der einen Art (entweder Export- oder Import-Impulse) angekommen
sind, um zu bewirken, daß der Speicher 10 entweder einen Zählerstand von »1« oder
einen Zählerstand von »5« annimmt, werden weitere Impulse dieser Art in das
zugehörige Register 12 oder 14 eingespeist. Auf diese Weise speichern die Register
12 bzw. 14 die Netto-Menge der importierten und exportierten elektrischen Energie.
Die Kapazität des Zählers 10 bestimmt die Impulszahl, die; bei Bestimmung
der Netto-Zahl in Betracht gezogen wird. Der in der Zeichnung gezeigte Zähler hat
die Kapazität vier. In anderen Worten gesagt, bedeutet dies, daß nur vier Impulse
einer Art (Export oder Import) durch die Impulse der anderen Art neutralisiert werden
können, wobei die vorher empfangenen Impulse der einen Art schon unwiderruflich
im geeigneten Register 12 oder 14 aufgezeichnet sind. Die schon aufgezeichneten
Impulse können natürlich zu jeder Zeit mit in die Rechnung aufgenommen werden, indem
man die niedrigere Ablesung der beiden Register 12 und 14 von der höheren abzieht.
Die Kapazität des Zählers 10 kann, wenn erforderlich, vergrößert werden,
und wenn er eine derartige
Größe aufweist, daß er in der Lage ist,
die Maximalzahl der Impulse einer Art, die in der Praxis mit Wahrscheinlichkeit
aufeinaderfolgend auftreten, zu speichern, so wird am Ende einer gegebenen Zeitperiode
nur eines der Register 12 und 14 eine Gesamtsumme registrieren, die
davon abhängt, ob ein Netto-Import oder ein Netto-Export elektrischer Energie stattgefunden
hat. Wenn die Kapazität des Zählers 10 nicht ausreicht, um die Maximalzahl der aufeinanderfolgend
auftretenden Impulse einer Art zu zählen, so werden beide Register 12 und 14 am
Ende irgendeiner gegebenen Zeitperiode eine Gesamtsumme zeigen, wobei die Subtraktion
der niedrigeren Gesamtsumme von der größeren Gesamtsumme erforderlich ist, um den
wahren Netto-Import oder den wahren Netto-Export zu erhalten.
-
Die Verzögerungsschaltung 24 ist vorgesehen, um zu verhindern,
daß ein auf Leitung 16 ankommender Import-Impuls gleichzeitig den Zähler auf den
Zählerstand »5« schaltet und durch das offene UND-Gatter 12 läuft: die Verzögerungsschaltung
gewährleistet, daß der Impuls von Leitung 16 verschwunden ist, bis der Zähler auf
den Zählerstand »5« eingestellt ist; daher kann dieser Impuls nicht durch das geöffnete
Gatter 20 laufen. Die Verzögerungsschaltung 32 hat dieselbe Wirkung bezüglich der
Export-Impulse.
-
Es findet sich bereits ein Vorschlag für eine Schaltungsanordnung
zum Empfang von Signalen von einer Vielzahl von Meßzählern für elektrische Energie,
wobei jedes Signal die Messung einer vorgegebenen elektrischen Energiemenge durch
einen der Zähler darstellt. Dabei ist ein Speicher für jeden derartigen Zähler vorgesehen
und jeder Speicher kann je ein Signal speichern; das System weist ferner eine Abtastanordnung
zum aufeinanderfolgenden Auslesen der Signale aus den Speichern auf. Wenn in einem
derartigen System einige der Meßzähler für elektrische Energie angeschlossen werden,
um den Energieimport zu einem Punkt in einer Leistungsschaltung zu messen, und wenn
einige andere Zähler angeschlossen werden, um den Export elektrischer Energie von
diesem Punkt zu messen, so können die Leitungen 16 und 18 über entsprechende ODER-Gatter
mit den Ausgängen geeigneter Speicher verbunden werden, und man erreicht auf diese
Weise, daß ein Impuls auf Leitung 16 nicht gleichzeitig mit einem Impuls auf Leitung
18 auftritt.
-
Die F i g. 2A und 2B zeigen die Schaltungsanordnung der F i g. 1 mehr
ins einzelne gehend, und die Teile in den F i g. 2 A und 2B, die Teilen in F i g.1
entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.' Der in F i g. 2 A gezeigte
Zähler 10 weist vier bistabile Transistorschaltungen 40 bis 46 auf, deren
jede sich dann im »1«-Zustand befindet, wenn ihr linker Transistor nichtleitend
ist, und deren jede sich dann in dem »0«-Zustand befindet, wenn ihr rechts liegender
Transistor nichtleitend ist. Wenn sich alle bistabilen Schaltungen im »1«-Zustand
befinden, enthält der Zähler einen Zählerstand von »5«, und die Leitung 36 wird
durch Nichtleitung des linken Transistors der bistabilen Schaltung 46 erregt und
führt dann eine negative Spannung. Wenn sich alle bistabilen Schaltungen im »0«-Zustand
befinden, hat i der Zähler einen Zählerstand von »1«, und die Leitung 38 wird durch
Nichtleitung des rechts liegenden Transistors der bistabilen Schaltung 40 erregt.
Wenn alle die bistabilen Schaltungen mit Ausnahme der Schaltung 46 sich im »1«-Zustand
befinden, enthält der Zähler einen Zählerstand von »3«; befindet sich nur die bistabile
Schaltung 40 in dem »1«-Zustand, so enthält der Zähler einen Zählerstand von »2«.
-
Die Verzögerungsschaltungen 24 und 32 weisen entsprechende
monostabile Schaltungen auf. Jeder Import-Impuls auf Leitung 16 schaltet die monostabile
Schaltung 24, die nach einem vorgegebenen Zeitintervall einen positiven Impuls über
einen Kondensator C 1 und eine Diode D 1 in den Eingang 26 des Zählers 10 einspeist;
der Eingang weist vier Kondensatoren C 2 bis C 5 auf, die mit den links liegenden
Transistoren der bistabilen Schaltungen 40 bis 46 in entsprechender Weise verbunden
sind. Jeder Export-Impuls auf Leitung 18 schaltet die monostabile Schaltung 32,
die, nach einem vorgegebenen Zeitintervall, einen positiven Impuls an den Eingang
34 des Zählers oder Speichers 10 liefert; dieser Eingang weist vier Kondensatoren
C6 bis C9 auf, die entsprechend mit den rechts liegenden Transistoren
der bistabilen Schaltungen 40 bis 46 verbunden sind. Die am Eingang 26 zugeführten
positiven Impulse machen die linken Transistoren der Schaltungen 40 bis 46 der Reihenfolge
nach nichtleitend, während die am Eingang 34 eingespeisten positiven Impulse die
rechten Transistoren der Schaltungen in der umgekehrten Reihenfolge nichtleitend
machen. Demnach kann der Zähler 10 als ein Speicher betrachtet werden, bei dem das
Leiten eines jeden der linken Transistoren die Speicherung eines entsprechenden
Export-Impulses darstellt, während die Leitung eines jeden der rechten Transistoren
die Speicherung eines entsprechenden Import-Impulses darstellt.
-
Das UND-Gatter 20 weist ein Paar von Dioden D 2 und
D 3 auf, welche das Leiten eines Ausgangstransistors TR 1 steuern; die Diode
D 2 ist derart angeschaltet, daß sie dann abgeschaltet ist, wenn die Leitung 36
erregt ist, d. h. negative Spannung führt, die Diode D 3 ist über einen Transistor
TR 2 und eine Diode D 4 mit der Leitung 16 derart verbunden, daß sie durch jeden
Impuls auf Leitung 16 abgeschaltet wird. Wenn beide Dioden D 2 und
D 3 abgeschaltet sind, wird der Transistor TR 1 leitend gemacht und legt
einen Impuls an das Register 12. Die Arbeitsweise und der Aufbau des UND-Gatters
28 ist die bzw. der gleiche.