DE1762409A1 - Eigensicheres logisches Wechselspannungssystem - Google Patents

Description

• Eigensicheres logisches Wechsels ans sa etem Die Erfindung bezieht eich auf ein eigensicheres Wechsel-. opannungssyetem zur Realisierung von lögischen Funktionen, bei den die $u verknüpfenden binären Signalbegriffe "b" und "Q" Signalen der Frequenz f, und f2 entsprechen und bei einem Fehler innerhalb den Systeme keine der Signalfrequenzen fi und f2 auf den Ausgang des Systems durchgeschaltet werden. Für die Steuerung und Überwachung von industriellen Prozessen, Verkehreaignalanlagen usx. wird eine absolute Sicherheit des verwendeten Bau$teineysteas gefordert. Herkömmliche Bausteinsysteme, die mit Gleichapannungseignalen arbeiten, erfüllen diese Forderungen nicht, da ihr Ausgang bei einen Pehler.innerhalb des Bausteinsystems sowohl 00"-Signal als auch "L"-8igaal ftUbacen kann. Es kann somit ein falschen Signal ausgegeben rrerdba.

  Die Sicherheitsbestimmungen, beispielsweise für !.m Bahnbetrieb

  eingesetzte Steuerungs-. und Überwa:hungseinricntiusgen, vertan-

  gen, daß ein auftretender Fehler sofort, spÄ*est.@ena aber beim

  nächsten Signalwechsel erkaa:», wird. G1eichzeltig muB gewähr--

  .leistet sein, daB kein falsches :iisna.1 ailsgegeten werden karn.

  Wird ein Fehler, der z4! keinem Fahlsignal führt, nicht erkannt,

  so muB ein hinzukommender weiterer Fehler erkaüut Werden und

  gleichzeitig die Ausgabe eines Fehlsignals verhindert worden.

  Als Feh:"er . sind ds ei anzusehen: Bauelementerfahler (Kurz-

  sch-.uß und Untcrbz-ehungi, Yerdrah-r;vmgofen_*,.er. ;S@hi:ür@se

  zwischen Leitern und Unterbrechungen) sowie eine feh:erhafte

  Logikverarbeitung.

  Aufgabe der ,vorliegenden Erfindunelat es, ein eigensicheres

  logisches Vechselspannvagssysten anzugeben, das jeden guttreten-

  den Pohler erkennt und gleichzeitig die Ausgabe eines Fehlei@pn,ala

  Vethiadert. ' .

  ßeaU der ärtindung wird diese Aufgabe bei eines eigeneichsren

  Voehaelspanaungssystem zur Realisierungrbon logischen Punktionen,

  bei dem die zu,verkaUptenden binären Signalbegriffe "L"und "0"

  Signalen der frequens t,, und t2 entsprechen und bei einem gehler

  innerhalb des Systems keine Signalfrequenzen fi und f2 auf den

  Ausgang der Systems durchgescbaltet werden, dadurch gelöst,

  daß eine aweikanalig autsbaute Eingangslogik, bei der die

  logische Punktion des zweiten Kanals durch Invension der vorge-@

  gebenen logischen Funktion des ersten Kanals gebildet wird, mit einer für beide Kanäle gemeinsamen In ihrer Funktion als "exklusives ODER" wirkenden Überwachungsschal ding für die Signalfrequenzen f" und f2 verbunin ist, der ausgangsseitig ein Leistungsverstärker mit kurzsahluflsicherem Ausgang nachge--. schaltet ist.
• Man kann dieses System als ternäres Wechselapannungssystem bezeichne. Genau genommen ist das System jedojuh ein modifiziertes binäres We^hseispannungssystem, denn Jür die Signalzustände f,# 9 "L" und f2 A "0" werden für Stelerungszwecke verwendet. Ein Fortfall beider Frequenzen am Aüagang, d.h. der Ausgang ist apannungelos oder er führt eine Signalgleichspannung, zeigt das Vorliegen eines Fehlers an.
• Die Erfindung wird. nachstehend an Sand der Figuren näher erläutert, weiters der Ausgestaltung der Erfindung dieäde Merkmale aufgoeigt werden.
• Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockßchaltbild des Systeme, Fig. 2 die Ausbildung der Eingangslogik als "UND"-Einheit, Fig. 3 die schaltungstechnische Ausbildung der Überwachungsschaltung für die Signalfrequenzen fl und f2 alt nach- geschalteter Ausgangsveratärkerstute, Fig. 4 die Ausbildung der Eingangslogik als "ODER - UND"-Eineit, Fig. 5 die Ausbildung der Eingangslogik als "#15peicher"-..Einheit, Fig. 6 einen Signalumsatz er "binär - ternär", Fig. 7 einen Signalumsetzer "ternär - binär".
• In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen eigensicheren logischen Wichselspannungssystems dargestellt. Darin ist mit 1 die Eingangslok mit den. Signaleingängen E1 bis En des Systems bezeichnet, die von den Betriebswechsel- spannungen der Frequenz fl und f2 gespeist ward. Die Ej.ngahgsw logik 1 ist ausgangsaeitig über zwei getrenut e kanäle K1 und B2 mit einer Überwachungsschaltung 2 für die Signalfrequenzen f1 und f2 verbunden. Diese Schaltung leitet nur danubin Wechselspannungssignat ajinen nachgeschalteten Ausgangsverstärker 3 auf den Ausgang A weiter, wenn entweder der Kanal 1 ein Signal der Frequenz f1 oder der Kanal 2 ein Signal der Frequenz f2 führt. Bat gleichzeitigem Anliegen beider Frequenzen ist der Ausgang d gesperrt.
• Die Fig. 2 zeigt Gien schaitungstechni schen Aufbau der Eingangslogik 1 am Bei siel einer UND-Einheit. hie UND--Einheit weist beliebig viele Eingänge E1 -- ZU sowie zwei Ausgänge Ar und A2, die mit den Kanälen 81 und K2 verbunden eindl auf. Jedem Ein- gang sind zwei in Serie geschaltete Übertrager U1 für die Fre- quenz f1 und Ü2 fite die Frequenz f2 zugeordnet. Die Sekundärspulen der Übertrager Ü'1 und U2 bilden mit den Kondensatoren Cl und C2 Schwingkreise, die auf die beiden Signalfrequenzen f1 und f2 abgestimmt sind. Beim Anliegen einer der beiden Signalfrequenzen an einen der Eingänge E1 - Elä. ist jeweils der zugehörige Schwingkreis in Resonanz. Der Eingang ist damit hochohmig. Liegt eine falsche Frequenz oder eine Signalgleichspannung an, so ist der Eingangswiderstand extrem niederohmig, d.h. der'Ausgang einer vorgeschalteten Stufe wird kurzgeschlosseny. Jeder Schwingkreis ist mit einer *GIeichrichterschaltung, bestehend aus einer Diode G1, G2 und einem Ladekondensator C3, 04 sowie einem Verbraucher belästet. Als'9erbraucher ist die Serienschaltung des Ko11ektor;aiiderstandes R1 bzw. R2 und die mtitter-gollektoratrecke von den jeweiligen Schwingkreisen nachgeschalteten Transistoren T1 - T4 und T6 anzusehen. Die UND-Bedingung wird wie folgt verhrirkliaht: Der Basis des Transistors T1 wird Über die Eingangsklemme 11 die zentral erzeugte Betriebsfrequenz f1 zugeleitet. Selne gollektorepannung erhält der Transistor T1 vomSchwingkreis des Eingangs E1, sofern dort die Signalfrequenz f1 anliegt. Der -nahgeschaltete Transistor T2 erhält also nur dann eine Basisansteuerung, wenn Ti seine gollektorspannung erhält. Transistor T2 erhält seine Kollehrtorapannung vom Schwingkreis des Eingangs E2. Damit erhält beim Anliegen der Signalfrequenz f, an Eingang E2 der Transistor T3 seine Wechselapannungeansteuerung usw.
• Die Transistoren T1 -. T4 sind in Serie geschaltet und somit su einem "UND" verknüpft. Über einen den Transistoren T1 - T4 nachgeschalteten Transistor T5, der ebenso wie ein mit dem luegaag 42 verbundener Transistor T? seine Kollektorspaanung von einer der Klemme 13$ugetührten Betriebsepsamma +UH eruifi,, wird die Frequenz !i auf den Ausgang A1 durchgeschaltet. Demit aber für den Fall, in deuQie UND-Bedingang nicht erfüllt ist, am Ausgang A2 die Frequenz i2 aneteAt, wird dem Transistor Tb, dessen Basis von der an der Eingangaklemme 12 anliegenden Betriebsfrequenz t2 beautschlagt wird, die gollektorspanaung von allen Eingangsschwiagkreieen für die Frequenz f2 zugeführt. Liegt an einem der Eingänge E1 - Eh die Signalfrequenz t1 nicht an, so muB zwangsläufig die Frequenz 12 anliegen. Der auf die Signalfrequenz f2 abgestimmte Hreis des jeweiligen Eingangs wird erregt, und dem Transistor T6 wird die Kollektdrspannung zugeführt. Die Frequenz t2 wird somit über den nachgeschalteten Transistor T7 auf den A2 des Kanals 2"durohgeschaltet. Fehlt durch einen lehler der den Eingängen vorgeschalteten Stute die ?raquens t1 und t2, so ist die UM)-Hidiagung des Kanals 1 äicht@ ertßllt. Da aber die Frequenz f2 ebenfalls fehlt, kann auch -die ODER-Hedingaag in Kanal 2 nicht erfüllt sein.
• Weder der Ausgang A1 noch der Ausgang A2 rührt 'somit ein Wechselsignal.

  Die Ausgänge A1 und A2 der Kanäle B1 und $2 führen auf eine in

  pig. 3 dargestellte Überwachungsschaltung Mit zugehörigen Aus-

  gangsverstärker. Die Übe-wtchungrschaltung ist@ihrer ruattioa

  nich ein *exklusive»

  Die ßohaltung gibt na Ausgug A

  irrer dang eine Vecheelspaunung aus, wenn entweder nur um

  Eingang B1 oder nur am Eingang E2 eine Vecbselspaanung «gebot«

  wird. Da am Eingang ä1 nur die Signalfrequenz f1 angeboten xlm,

  gibt der Ausgang A nur dann ein Wechselspannungssignal fl aus, wenn die Bedingungen für den Kanal 'i erfül3.t s'-nd. Entsprechend w gibt der Ausgang A ein Wechselspannungssignal f. aus, wenn am Eingang K2 die Signalfrequenz f2 anliegt. Hei -gleichzeitigem Anliegen beider Frequenzen wird der Ausgang A -gesperrt. Es kann also'keine falsche Frequenz am Ausgang A'kusgegeben werden. Damit ist die gesamte Eingangslogik auf Bausteinfehler und logische Fehler überwacht. Bausteinfehler in der überwacbungs,-schaltung werden selbsttätig erkannte Heide Kanäle B1 und H2 sind eZumeVrisc-h aufgebaut. Die den 8ingüngen 1'f und 82 nachgeschalteten gondensatören C4, 05 und 069 C? dienen zur gleich apsanuagsnäBigen Bhtkopplung gegenüber 'der ,vorgeschaltdaa Eingangslogik.' C8 und C9 als hadei=derisatoren bewirken zusamen mit Dioden @G3 und (4 eine Gleichrichtung der an den Eingängen ä1 und K2 anliegenden Wechselapännungasignale. Wird dem Eingang K1 ein Signal der Frequenz f1 zugeführt, so wird dieses Signal dürch die Diode G3 in Verbindung mit dem Kondensator C8 gleichgerichtet und steuert den nachgeschalteten Transistor T'10 auf. T 1'1 wird damit sicher gesperrt. Am Ausgang des Transistors T'11 tritt eine positive Gleichspannung auf, die über eine Diode G8 einen in Durchschalteweg des Eanals 2 liegenden Transistors 'I13 voll durchsteuert. Am Steuereingang des Transistors T14 liegt somit J-Signal..Das am Eingang g1 anliegende Wechselspannungaeignal kann durchgeschaleet werden. Die Dhirchscbal-@iuig erfo;.gt dabei über C+, G6, T'.'2, G9', T*i4 sowie TI5 des 'e.usgangsveretärkers auf den Ausgang A. -Liegt infolge eines Fehlers der vorgesmha-I.teter. Fi.agangeT-logik an beiden Eingängen Kl und E2 ein We chseIspann.iingssignal an, so verriegeln sich die Durchechaj.tewege selbsttätig. Der Kanal 1 wird über ;;6, G4, T8, T9, G5 auf den Transistor T12 gesperrt, während die Verriegelung des Kanals H2 in der für die Durchschai.tung des Kanals 81 vorgeschriebenen Weise erfolgt. Bei auftretenden Bauelementenßehlern kann ebenfalls kein Wechselspannungseignal auf den@Ausgang A durchgeschaltet iierden, da dann die Symmetrie der Überwachungsschaltung gestört ist. Bei einem defekten Transistor T12 beispiels- weise kann dessen Ausgang ständig L-Signaa@führen, so daß der nachgeschaltete Transistor T14 Wne Wechselspannung durchschal- ten kann.
• Die am Ausgang der Überwachungeschaltang angeordnete Verstärkerstufe mit dem Transistor T15 ist durch geeignete Dimensionierung des Widerstandes R3 kurzachlußaicher. Dies ist deshalb erfor- derlich, da beim Fehle46iner Wecheelspannung*der Ausgang durch die niederohmigen Primärwicklungew@on nachgeschalteten Schwingkreisen einer weiteren Eingangslogik prxktiseh kurzgeschossen 1*,I o In der Fig. 4 ist die Eingangslogik als ODER-UND--Einheit dargestellt, die folgende Faktion erfüllt: A1 - (E1 + E2) . (E3 + E4) r ..
• A2 # (E1 . E2) + (E3 . B4) Die Eingahgsschwingkreise der Eingänge E1 - E4 entsprechen den in Pik. 2 dargestellten Eingangsschwingkreisen. Für gegen- über der Fig. 2 gleiche Aaschlußpuükte sind iWereinstimmende Bezugszeichenverwendet Worden. Zur Realieieriäig der vorgenannten Funktion sind die f1-Bohvingkreise der Ung-u@ge E'1 und E2 mit der Ausgangselektrode des Transistors T20 und -üe der Eingänge E3 und D4wmit der Ausgangselektrode des Trähaistors T21, der mit T20 in Serie geschaltet ist, verbunden. Liegt 4x Eingang B''1 oder E2 und am Eingang E3 oder F4 die Signalfrequenz f1 an, so wird die an der 81ng@engeklemme 11 zugeführte Betriebsfrequenz f1 Tiber die Transistoren T 20, T21 und R28 auf den, Ausgang A1 durchgeschaltet. Die f2-Schwingiiceise sind zur inversen Funktion der f1-8chwiagkreise verschaltet.Liegt am Eingang E1 und E2 oder am Eingang E3 und D4 die Signalfrequenz f2 an, so@wird die Betriebsfrequenz über die Transistoren T22, T23, T26, G11, T29 oder über T24, T25, T27, G12, T29 mg den Ausgang A2 durchgeschaltet. Die Dioden G 11 und G 12 dienen hierbei zur Entkopplung. In der fig. 5 ist eine Speichereinheit dargestellt, die an Stelle der Eingangslogik-eingesetzt werden kann. Die Speichereinheit arbeitet dabei nach folgender Funktion: A .i R . !ß + Q (A) 1 A R + E . Q @A,) i Die Signaleingänge S und Q sind zu einem ODER-Glied verknüpft, dessen Ausgang zusammen mit einem Rücksetzeingäng R zu einem UND-Glied verknüpft ist. An den Eingang Q wird das Ausgangssignal. des Ausgangs a der Überwachungsschaltung zurückgeführt. Der Rücksetzeingang ist negiert, d.h. sein fi-Schwingkreis ist mit der Schaltstrecke des Kanals 2 verbunden. Dies ist.erforderlich, um den Speicher mit einem h-Signal (Signalfrequenz f1) rüeksetzen zu können. Beim Vorliegen eines L-Signals.(f1) am Setzeingang S und einem 0-Signal ;f2) am Eingang R wird der Speicher "gesetzt", Ch. die Betriebefrequenz i1 wird über die Transistoren T30, T3'i und T36 auf den Ausgang Al durchgeschaltet. Das Ausgangssignal der nachgeschalteten Überwachungsschaltung am Ausgang A fier nicht dargestellt) wird auf den Eingang q zurückgeführt und bewirkt, daß auch bei Fortfall des Eingangssignals am Eingang S der Speicher in diesƒr Stellung gehalten wird. Zurückgesetzt wird die Speichereinheit durch einG-Signal (!,@ ) am Eingang R. Die Durcheahaltestre.ke des Kanals 1 ist damit unterbrochen, wehrend die Frequenz f2 über T32 die Ent.-kopplungsdlode G13 und den Transistor T37 auf den Ausgang A2 durchgeschaltet wird. Die Inversion dieser Funktion erfolgt im' Banal 2 mittels der Transistoren T33, T34, T35 und der Diode G14. In der Fig. 6 ist ein Signaluasetzer für die ümeetzung von binären Gleichspannungseignalen (0, L) in ternäre Wechselspannungesignale (f1, f2, weder f1 noch f2) dargestellt. Die Gleichspannungseignale werden dem Eingang E zugeffh rt. Ein anliegendes 1-Signal steuert eine Transistorstrecke, bestehend aus den Transistoren T38 und T39, auf, so daB die an der Eingangsklemme 11 liegende Betriebefrequenx f1 auf den Ausgang A1 durchgeschaltet wird. Eine gleichzeitige Durchschaltung von f2 auf den Ausgang A2 Wird durch den Transistor T40 verhindert, der den Ausgang A2 auf Null-Potential schaltet. Durch ein anliegendes 0-Signal wird diese Sperre aufgehoben und die der Eingangsklemme 1 2 zugeftihrte Betriebsfrequenz Uber den Transistor 544 auf den Ausgang A2 durchgeschaltet.
• Die Mg. 7 zeigt einen Signaluasetzer für die Unsetzung von ternären Wechselspannungssignalen in binäre Gleichepannungesignale.
• Die Wechselspaanuszgssigaale liegen es Eingang E an. Die aus der Frequenz f1 : "L" hergeleitete Gleichspannung steuert T41 in den leitenden Zustand. Damit wird T43 sicher gesperrt. Gleichzeitig liegt an der Basis von T42 Null-Potential. T42 ist eanit ebenfalls gesperrt. Der Ausgang A liegt auf "L". Wird dem Eingang die Frequenz f2 = "0" angeboten, so wird T42 voll durchgesteuert. Gleichzeitig wird T41 gesperrt und damit T43 durchgesteuert. Der Ausgang liegt auf "0 "o Werden dem Eingang entweder beide Frequenzen gleichzeitig oder gar keine Wechselapannungen .angeboten, bleibt der Ausgang auf "0" liegen. Durch eineinfachen Bauelementfehler kann eben-falls kein falsches Signal ausgegeben werden, da für die Signalausgabe gleichzeitig beide Kanäle erfüllt.sein müssen.

Claims (1)

1. P a t e n t a atz s r u c h Eigensicheres Wechselspannungssystem zur Realisierung von logischen Puaktionen, bei dem die zu verknüpfenden binären Signalbegriffe "L" und "0" Signalen der Frequenz fi und f2 entsprechen unc6ei einem Fehler innerha.«z1.b des Systems keine der Signaltrequenzen fi und .t2 auf den Ausgang des Systems durchgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, das eine zweikanali g aufgebaute Eingangslogik, bei. der 'die logische Funktion des zweiten Kanals durch Inversion der vorgegebenen logischen Funktion des ersten Kanals gebildet wird, mit einer für beide" Kanäle gemeinsamen in ihrer AuzktIon #als "exklusives ODER" wirkenden Überwachungsschaltung für die Signalfrequenzen fj und f2 verbunden ist, der ausgangsseitig ein Leistungsverstärker mit kurzüchlußsicherem Ausgang nachgeschaltet ist.