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Einrichtung zur Fernübertragung von Signalen über ein Versorgungsnetz für elektrische Energie Eine Einrichtung zur Fernübertragung von Signalen über ein Wechselspannung führendes Versorgungsnetz für elektrische Energie, bei der die Signale der Netzwechselspannung überlagert sind, mit mindestens einem Signalgeber und einem Signalempfänger sowie mit einem bei jedem Signalgeber angeordneten, in Reihe mit einem Impulskontakt an das Versorgungsnetz angeschlossenen elektrischen Schwingkreis, der für die Zeitdauer der Signalübertragung impulsweise an das Versorgungsnetz angeschaltet wird, ist gemäss dem Patentanspruch 1 des Hauptpatentes dadurch gekennzeichnet,
dass der zeitliche Abstand der einzelnen aufeinanderfolgenden Anschalt- impulse einer Impulsserie von dem einfachen oder ganz- zahligen mehrfachen Wert der halben Periodendauer der mit den Signalen überlagerten Netzwechselspannung verschieden ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Einrichtung nach dem Patentanspruch I des Hauptpatentes weist diese zur Betätigung des die Dauer eines Anschaltimpulses bestimmenden Impulskontaktes ein von einem Synchronmotor angetriebenes Laufwerk mit einer Nockenscheibe zur Steuerung des Impulskontaktes sowie einer weiteren Nockenscheibe zur Steuerung eines die Dauer einer Impulsserie bestimmenden Hauptkontaktes auf.
Bei der Einrichtung nach dem Hauptpatent erfolgt die Übertragung der im Schaltzustand eines als Umschalter ausgebildeten Signalkontaktes eines Verbrauchsmessers enthaltenen Information mittels zweier unterschiedlicher Impulsreihen. Zu diesem Zweck besitzt das Laufwerk ausser dem Hauptkontakt zwei Impulskontakte, deren jeder eine eigene Nockenscheibe mit einem Übersetzungsgetriebe erfordert.
Es wurde nun gefunden, dass sich eine Einrichtung zur Fernübertragung von Signalen über ein Versorgungsnetz für elektrische Energie wesentlich vereinfachen lässt, wenn von der an sich bekannten Möglichkeit einer zeitlichen Staffelung der Signale Gebrauch gemacht wird.
Eine Einrichtung nach dem Patentanspruch I und den Unteransprüchen 5, 8 und 10 des Hauptpatentes ist dem- gemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkontakt als Umschalter mit zwei Umschaltkontakten ausgebildet ist, deren je einer mit je einem von zwei Kontaktelementen eines Signalkontaktes verbunden ist und dessen Schaltarm über einen Impulskontakt im Stromkreis des elektrischen Schwingkreises liegt, und dass ferner die den Umschalter steuernde Nockenscheibe eine Steuerbahn mit einer neutralen Zone, bei welcher der Schaltarm eine Mittellage zwischen den beiden Umschaltkontakten einnimmt, sowie zwei aufeinanderfolgende Steuerkurven aufweist, deren je einer je eine der beiden möglichen Schaltstellungen des Umschalters entspricht, bei welchen der Schaltarm an einem der Umschaltkontakte anliegt.
Einzelheiten der hier definierten Einrichtung ergeben sich aus dem im folgenden anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiel.
In der Figur, die ein Schema einer Einrichtung zur Fernübertragung von Signalen über ein Versorgungsnetz für elektrische Energie darstellt, bedeutet 1 ein Niederspannungsnetz, beispielsweise ein Bezirksnetz der öffentlichen Stromversorgung, das von einem Verteiltransfor- mator 2 gespeist wird. Die Fernwirkaufgabe besteht bei diesem Beispiel darin, den elektrischen Zustand der Signalkontakte einer grösseren Anzahl von Signalgebern an eine zentrale Empfangsstelle zu melden. Als Signalgeber sind hier z.B. Mengenmesser angenommen, welche zur Messung des Verbrauches von öffentlichen Verbrauchsgütern, wie Gas, Wasser, Elektrizität, an zahlreichen Verbrauchsstellen angeordnet sind.
In der Figur ist als Signalgeber 3 ein Elektrizitätszähler angedeutet, der jeweils nach Messung einer bestimmten Verbrauchsmenge, die eine oder mehrere, allenfalls einige Hundert kWh betragen kann, einen Signalkontakt 4 von einem Kontaktelement 5 auf ein Kontaktelement 6 umschaltet und umgekehrt. Der Elektrizitätszähler misst die in einem Verbraucher 7 umgesetzte elektrische Arbeit.
Dem Signalgeber 3 ist als Sendeeinrichtung ein elektrischer Reihen-Schwingkreis 8 und ein Laufwerk 9 zu-
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geordnet. Das Laufwerk 9 besitzt hier zwei über Zahnräder 10 und 11 gekuppelte Wellen 12 und 13, die über Zahnräder 14 und 15 mit einer von einem Synchronmotor 16 bewegten Antriebswelle 17 in Verbindung stehen.
Auf der Welle 12 ist eine Nockenscheibe 18 befestigt, die auf einen Impulskontakt 19 wirkt, während die Welle 13 eine Nockenscheibe 20 zur Betätigung eines Umschalters 21 mit einem Schaltarm 22 und zwei Umschaltkontakten 23 und 24, sowie eine Nockenscheibe 25 zur Steuerung eines Motorkontaktes 26 trägt. Die Nockenscheibe 20 kann mittels einer Rutschkupplung 27 oder mittels einer Stellschraube gegenüber der Nockenscheibe 25 von Hand verdreht werden. Jene weist eine Steuerbahn mit einer neutralen Zone 28 sowie mit zwei aufeinanderfolgenden Steuerkurven 29 und 30 auf.
Die soeben beschriebenen Teile sind wie folgt in eine elektrische Schaltung einbezogen: Eine Abzweigleitung 31 ist einphasig an das Niederspannungsnetz 1 angeschlossen. Vom Phasenleiter (T) der Abzweigleitung 31 führt eine Verbindungsleitung 32 über den Impulskontakt 19 zum Schaltarm 22 des Umschalters 21 mit den beiden Umschaltkontakten 23 und 24, dessen erster mit dem Kontaktelement 5 und dessen zweiter mit dem Kontaktelement 6 des Signalkontaktes 4 elektrisch verbunden ist. Vom Schaltarm des Signalkontaktes 4 führt eine Leitung über den Schwingkreis 8 an den Nulleiter (0) der Abzweigleitung 31.
Der Signalgeber 3 ist ebenfalls an die Abzweigleitung 31 angeschlossen, welche auch die Betriebsspannung für den Synchronmotor 16 einerseits über die Verbindungsleitung 32, einen Steuerkontakt 33, eine Leitung 34 und andererseits über eine Anschlussleitung 35 liefert.
Der Motorkontakt 26 liegt elektrisch parallel zum Steuerkontakt 33, welcher von einer Schaltuhr oder von einem mit dem Niederspannungsnetz 1 verbundenen Rundsteuerempfänger 36 betätigt wird.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Die zu übertragende Information ist im elektrischen Zustand des Signalkontaktes 4 enthalten; sie kann die Form a oder b haben, dann ist der Signalkontakt 4 ein Umschalter mit zwei Kontaktelementen 5, 6. Die Natur des Signalgebers 3 ist für die weitere Betrachtung an sich belanglos, seine Darstellung als Verbrauchsmesser weist jedoch auf eine Anwendung der Einrichtung nach der Erfindung hin, die deren Vorteile und technische Bedeutung besonders deutlich hervortreten lässt.
Beim Schliessen des Steuerkontaktes 33 wird die Antriebswelle 17 des Laufwerkes 9 in Bewegung gesetzt. Kurz nach dem Start des Laufwerkes 9 schliesst der Motorkontakt 26 und hält den Synchronmotor 16 für eine ganze Umdrehung der Nockenscheibe 25 erregt.
Eine festgesetzte Zeitspanne nach dem Start des Laufwerkes 9 führt die Steuerkurve 29 der Nockenscheibe 20 den Schaltarm 22 auf den Umschaltkontakt 23 und kurz darauf wird der Schaltarm 22 unter der Wirkung der Steuerkurve 30 auf den Umschaltkontakt 24 gelegt. Je nach dem Schaltzustand des Signalkontaktes 4 wird nun in einer der beiden Schaltstellungen des Umschalters 21 der Schwingkreis 8 durch den Impulskontakt 19 in einem charakteristischen zeitlichen Abstand an das Netz angeschaltet. Dabei entstehen bekanntlich elektrische Ausgleichschwingungen, die sich dem Netz als Signalströme überlagern und die somit über das Netz fortgeleitet werden.
Die Verweilzeit des Schaltarmes 22 auf jedem der Umschaltkontakte 23 und 24 beträgt beispielsweise drei Sekunden. Während der übrigen Umlaufzeit der Nocken- Scheibe 20 befindet sich der Schaltarm 22 in einer durch die neutrale Zone 28 vorgeschriebenen Mittellage zwischen den beiden Umschaltkontakten 23 und 24, wobei der Strompfad des Schwingkreises 8 unterbrochen bleibt. Zur Übertragung der im Schaltzustand des Signalkontaktes 4 enthaltenen Information ist also für jede seiner beiden möglichen Schaltzustande je ein Zeitintervall bestimmter Dauer vorgesehen.
Die Feststellung, in welcher der beiden aufeinanderfolgenden drei-Sekunden-Intervalle Anschaltimpulse erzeugt werden, liefert eine Abbildung des Schaltzustandes des Signalkontaktes 4.
Mit Hilfe des Rundsteuerempfängers 36 kann diese Information zu einem gewünschten Zeitpunkt aufgerufen werden. Es ist möglich, viele Signalgeber 3 durch einen einzigen Rundsteuerbefehl gleichzeitig aufzurufen. Im Augenblick des Aufrufes, das ist beim Schliessen des Steuerkontaktes 33, starten alle Laufwerke 9. Durch entsprechende Einstellung der Nockenscheibe 20 ist erreicht, dass die Umschalter 21 aller gestarteten Laufwerke 9 zu verschiedenen Zeiten betätigt werden, so dass ein Signalgeber nach dem anderen seine Information abgibt, ohne dass Überdeckungen der Informationen auftreten.
Die zeitliche Aufeinanderfolge, in der die einzelnen Signalgeber ihre Informationen abgeben, ist festgelegt und dient zur Identifikation der einzelnen Signalgeber 3. Eine zentrale Empfangsstelle 37 kennt den Zeitpunkt des Aufrufes aller in die Fernwirkeinrichtung einbezogenen Signalgeber 3 und kann so jede in der Empfangsstelle eintreffende Impulsserie einem bestimmten Signalgeber 3 und einem bestimmten Schaltzustand seines Signalkontaktes 4 zuordnen.
Zur Auskopplung der Signale aus dem überlagerten Niederspannungsnetz 1 ist in der Empfangsstelle 37 ein Übertrager, z.B. ein Stromwandler 38 mit einem Arbeitswiderstand 39 angeordnet, an dessen Klemmen unter anderem die Signalwechselspannung auftritt. Diese gelangt über ein Bandfilter 40 und über einen Verstärker 41 zu einem Demodulator 42. Die demodulierte Spannung wird einem Ringmodulator 43 zugeführt, dessen Referenzfrequenz ebenso wie die Tastfrequenz des Impulskontaktes 19 aus der Netzfrequenz abgeleitet ist.
Die Schaltfrequenz des Ringmodulators 43 ist identisch mit der vom Signalgeber 3, bzw. von mehreren Signalgebern erzeugten Modulationsfrequenz, derart, dass am Ausgang des Ringmodulators eine Gleichspannung ensteht, wenn ein der Schaltfrequenz des Ringmodulators 43 entsprechendes Signal im Fernwirkkanal anliegt. Diese Gleichspannung wird in einem Integrationsglied 44 geglättet und über einen Verstärker 45 einem Relais 46 mit einem Arbeitskontakt 47 zugeführt.
Der Ringmodulator 43 besteht aus zwei parallelarbeitenden Modulationssystemen mit in bezug auf die Modulationsfrequenz um 90 phasenverschobenen Kontaktzyklen, so dass die Phasenlage zwischen Signalgeber und Ringmodulator bezüglich der Modulationsfrequenz belanglos ist.
Wie erwähnt, gibt die Schaltstelhmg des in der Empfangsstelle befindlichen Arbeitskontaktes 47 in einem definierten Zeitmoment ein Abbild des elektrischen Zustandes des Signalkontaktes 4 eines ganz bestimmten Signalgebers 3 der Fernwirkeinrichtung. Diese Schaltstellung des Arbeitskontaktes 47 wird nun in der Empfangsstelle 37 entsprechend ausgewertet.
Durch die hier beschriebene vorteilhafte Weiterbildung der Einrichtung nach dem Hauptpatent werden nicht nur
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die in grosser Zahl erforderlichen Sendeeinrichtungen wesentlich einfacher, vielmehr genügt nunmehr ein einziger Korrelationskanal 43 bis 47 des Empfängers in der Empfangsstelle 37, wodurch sich die Empfängerelektronik auf etwa zwei Drittel des bisher nötigen Aufwandes vereinfachen lässt.
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Device for the remote transmission of signals via a supply network for electrical energy A device for the remote transmission of signals via an AC voltage supply network for electrical energy, in which the signals are superimposed on the network AC voltage, with at least one signal transmitter and a signal receiver and with one arranged at each signal transmitter, an electrical oscillating circuit connected in series with a pulse contact to the supply network, which is connected to the supply network in pulses for the duration of the signal transmission, is characterized according to claim 1 of the main patent,
that the time interval between the individual, successive switch-on pulses of a pulse series differs from the single or multiple integer value of half the period duration of the network alternating voltage superimposed with the signals.
In an advantageous embodiment of the device according to claim I of the main patent, it has a drive driven by a synchronous motor with a cam disk for controlling the pulse contact and a further cam disk for controlling a main contact which determines the duration of a series of pulses for actuating the pulse contact that determines the duration of a switch-on pulse.
In the device according to the main patent, the information contained in the switching state of a signal contact of a consumption meter designed as a switch takes place by means of two different pulse trains. For this purpose, the drive has two pulse contacts in addition to the main contact, each of which requires its own cam disk with a transmission gear.
It has now been found that a device for the remote transmission of signals via a supply network for electrical energy can be significantly simplified if use is made of the known possibility of staggering the signals over time.
A device according to patent claim I and the dependent claims 5, 8 and 10 of the main patent is accordingly characterized in that the main contact is designed as a changeover switch with two changeover contacts, one of which is connected to one of two contact elements of a signal contact and its switching arm via a pulse contact in the circuit of the electrical oscillating circuit, and that the cam disc controlling the switch also has a control path with a neutral zone in which the switch arm occupies a central position between the two switch contacts, as well as two consecutive control cams, each of which has one of the two corresponds to possible switch positions of the switch, in which the switching arm rests on one of the switch contacts.
Details of the device defined here emerge from the exemplary embodiment explained below with reference to the drawing.
In the figure, which shows a scheme of a device for remote transmission of signals via a supply network for electrical energy, 1 means a low-voltage network, for example a district network of the public power supply, which is fed by a distribution transformer 2. The telecontrol task in this example is to report the electrical status of the signal contacts of a large number of signal transmitters to a central receiving point. Signal transmitters are e.g. Assumed flow meters, which are arranged to measure the consumption of public consumer goods, such as gas, water, electricity, at numerous consumption points.
In the figure, an electricity meter is indicated as a signal generator 3, which switches a signal contact 4 from a contact element 5 to a contact element 6 and vice versa after measuring a certain amount of consumption, which can amount to one or more, at most a few hundred kWh. The electricity meter measures the electrical work converted in a consumer 7.
The signal transmitter 3 has an electrical series oscillating circuit 8 and a drive 9 as a transmitting device.
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orderly. The carriage 9 here has two shafts 12 and 13 which are coupled via gears 10 and 11 and which are connected via gears 14 and 15 to a drive shaft 17 moved by a synchronous motor 16.
A cam disk 18 is attached to the shaft 12 and acts on a pulse contact 19, while the shaft 13 carries a cam disk 20 for actuating a switch 21 with a switching arm 22 and two switch contacts 23 and 24, as well as a cam disk 25 for controlling a motor contact 26 . The cam disk 20 can be rotated by hand with respect to the cam disk 25 by means of a slip clutch 27 or by means of an adjusting screw. That has a control path with a neutral zone 28 and with two consecutive control cams 29 and 30.
The parts just described are included in an electrical circuit as follows: A branch line 31 is connected to the low-voltage network 1 in one phase. From the phase conductor (T) of the branch line 31, a connection line 32 leads via the pulse contact 19 to the switching arm 22 of the switch 21 with the two switch contacts 23 and 24, the first of which is electrically connected to the contact element 5 and the second to the contact element 6 of the signal contact 4. A line leads from the switching arm of the signal contact 4 via the resonant circuit 8 to the neutral conductor (0) of the branch line 31.
The signal generator 3 is also connected to the branch line 31, which also supplies the operating voltage for the synchronous motor 16 on the one hand via the connecting line 32, a control contact 33, a line 34 and on the other hand via a connecting line 35.
The motor contact 26 is electrically parallel to the control contact 33, which is actuated by a time switch or by a ripple control receiver 36 connected to the low-voltage network 1.
The device described works as follows: The information to be transmitted is contained in the electrical state of the signal contact 4; it can have the form a or b, then the signal contact 4 is a switch with two contact elements 5, 6. The nature of the signal generator 3 is irrelevant for further consideration, but its representation as a consumption meter indicates an application of the device according to the Invention, which makes its advantages and technical importance particularly clear.
When the control contact 33 is closed, the drive shaft 17 of the drive 9 is set in motion. Shortly after the start of the drive 9, the motor contact 26 closes and keeps the synchronous motor 16 energized for a full revolution of the cam disk 25.
A fixed period of time after the start of the drive 9, the control cam 29 of the cam disk 20 guides the switching arm 22 to the switchover contact 23 and shortly thereafter the switch arm 22 is placed on the switchover contact 24 under the action of the control cam 30. Depending on the switching state of the signal contact 4, in one of the two switching positions of the switch 21, the oscillating circuit 8 is connected to the network by the pulse contact 19 at a characteristic time interval. As is well known, electrical compensatory oscillations arise here, which are superimposed on the network as signal currents and which are thus transmitted via the network.
The dwell time of the switching arm 22 on each of the changeover contacts 23 and 24 is, for example, three seconds. During the rest of the revolution time of the cam disk 20, the switching arm 22 is in a central position between the two changeover contacts 23 and 24 prescribed by the neutral zone 28, the current path of the resonant circuit 8 remaining interrupted. To transmit the information contained in the switching state of the signal contact 4, a time interval of a certain duration is provided for each of its two possible switching states.
The determination in which of the two successive three-second intervals switch-on pulses are generated provides an image of the switching state of the signal contact 4.
With the aid of the ripple control receiver 36, this information can be called up at a desired point in time. It is possible to call up many signal generators 3 at the same time with a single ripple control command. At the moment of the call, that is, when the control contact 33 closes, all drives 9 start. By setting the cam disk 20 accordingly, the changeover switches 21 of all started drives 9 are actuated at different times, so that one signal transmitter after the other sends its information delivers without overlapping of the information.
The chronological sequence in which the individual signal generators deliver their information is fixed and serves to identify the individual signal generators 3. A central receiving station 37 knows the time of the call of all signal generators 3 involved in the telecontrol device and can thus each pulse series arriving at the receiving station assign certain signal transmitter 3 and a certain switching state of its signal contact 4.
To decouple the signals from the superimposed low voltage network 1, a transmitter, e.g. a current transformer 38 is arranged with a load resistor 39, at the terminals of which the signal alternating voltage occurs, among other things. This reaches a demodulator 42 via a band filter 40 and an amplifier 41. The demodulated voltage is fed to a ring modulator 43, the reference frequency of which, like the key frequency of the pulse contact 19, is derived from the mains frequency.
The switching frequency of the ring modulator 43 is identical to the modulation frequency generated by the signal generator 3 or by several signal generators, such that a DC voltage is generated at the output of the ring modulator when a signal corresponding to the switching frequency of the ring modulator 43 is present in the telecontrol channel. This DC voltage is smoothed in an integration element 44 and fed via an amplifier 45 to a relay 46 with a normally open contact 47.
The ring modulator 43 consists of two modulation systems working in parallel with contact cycles phase-shifted by 90 with respect to the modulation frequency, so that the phase position between the signal generator and the ring modulator is irrelevant with respect to the modulation frequency.
As mentioned, the switching position of the normally open contact 47 located in the receiving point provides an image of the electrical state of the signal contact 4 of a very specific signal transmitter 3 of the telecontrol device in a defined instant. This switching position of the normally open contact 47 is now evaluated accordingly in the receiving station 37.
The advantageous development of the device according to the main patent described here not only
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the transmission devices required in large numbers are much simpler; rather, a single correlation channel 43 to 47 of the receiver in the receiving point 37 is sufficient, whereby the receiver electronics can be simplified to about two thirds of the effort previously required.