DE2440162C2

DE2440162C2 - Schaltungsanordnung zum signaltechnisch sicheren Überwachen von periodischen Impulsen

Info

Publication number: DE2440162C2
Application number: DE2440162A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Dolch
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1981-12-10
Also published as: CH600686A5; DE2440162A1; ES440381A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum signaltechnisch sicheren Oberwachen des Vorhandenseins von mindestens einer Einrichtung zugeführten, periodisch mit vorgegebenem Jmpuls-Paiisen-Verhait· nis auftretenden Impulsen, wobei jeder dieser Impulse einem Betriebsvorgang zugeordnet ist

Die periodischen Impulse können beispielsweise in Rechnersystemen zum Ansteuern der Rechner verwendet werden, um die Verarbeitung von bestimmten Programmen in diesen Rechnern sukzessive einzuleiten. So können taktgesteuerte Rechnersysteme zum Überwachen und Steuern von Einrichtungen eingesetzt werden, deren Betrieb von sich ändernden Werten, wie Temperaturen, Konzentrationen und dergleichen, gesteuert werden müssen, wobei von den Rechnern die sich ändernden Werte periodisch abgefragt und zur

Verarbeitung übernommen werden.

Bei der Verwendung solcher taktgesteuerter Rechnersysteme für die Transportsteuerung, z.B. bei der Linienzugbeeinflussung (LZB), oder dgl., bei der die periodische Anforderung zur Programmverarbeitung durch die Taktsteuerung erfolgt kann durch das Ausfallen von nur einem Taktimpuls bereits ein den Verkehr gefährdender Betriebszustand auftreten.

Es sind auch bereits Schaltungsanordnungen zur Überwachung von Taktimpulsfolgen bekannt So ist beispielsweise in der US-PS 34 96 477 eine zur Schnellerkennung des Ausfalls einer Taktgebereinrichtung geeignete Schaltung beschrieben, die aufgrund eines Vergleichs zswschen der zu überwachenden Taktimpulsfolge und einer aus dieser Taktimpulsfolge abgeleiteten, um eine halbe Periode verzögerten Taktimpulsfolge, das Fehlen eines Taktimpulses erkennt Diese recht einfache Schaltung läßt sich nur einsetzen, wenn die Taktimpulsfolge ein Impuls-Pausen-Verhältnis von 1 :1 aufweist Auch ist sie nicht signaltechnisch sicher.

Eine in der DE-OS 22 60 760 beschriebene elektronische Vorrichtung zur Überwachung von Signalfolgen kann zwar für ein von 1 :1 abweichendes Impuls-Pausen-Verhältnis ausgelegt sein, es ist dazu jedoch eine ganz spezielle Dimensionierung der Zeitglieder (RC-Kombinationen) erforderlich. Bei geringem Abweichen der zu überwachenden Impulsfolge vom vorgegebenen Impuls-Pausen-Verhältnis löst die Vorrichtung bereits aus. Die Vorrichtung ist dazuhin in Analogtechnik aufgebaut Dies macht sie empfindlich gegenüber Temperatur- und Spannungsschwankungen sowie gegen alterungsbedingte Abweichungen der elektrischen Werte der verwendeten Bauelemente. Signaltechnische Sicherheit ist auch bei dieser Vorrichtung nicht gegeben, da z. B. der Unijunction-Transistor ausfallen und eine richtige Impulsfolge vortäuschen kann, ohne daß dies bemerkt wird.

Die Aufgabe der Überwachungsanordnung nach der Erfindung besteht darin, bei periodisch auftretenden Impulsen signaltechnisch sicher das Ausbleiben bereits eines Impulses festzustellen und eine davon abhängige Fehlermeldung auszulösen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Impulse gleichzeitig mit der Eingabe in die Einrichtung einem als Frequenzteiler geschalteten Flipflop zugeführt werden, dem zwei gleichartige Rechteckoszillatoren nachgeschaltet sind, daß die am Ausgang des Flipflops auftretende Rechteckspannung einem Rechteckoszillator direkt und dem anderen Rechteckoszillator über einen Inverter zugeführt wird, daß die Periodendauern der von den Rechteckoszillatoren abgegebenen Spannungen kleiner als die Periodendauer der am Ausgang des Flipflops auftretenden

Rechteckspanmwg jedoch größer als die KWfte dieser Periodendauer sind und daß die an den Eingängen der Rechteckoszillatoren und die an den Ausgängen der Rechteckoszillatoren anstehenden Rechteckspannungen einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die die Periodendauern und/oder die Anzahl der Planken dieser Rechteckspannungen vergleicht und bei Ungleichheit der Periodendauern oder der Anzahl der Flanken eine Fehlermeldung auslöst

In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es zweckmäßig, kechteckoszillatoren zu verwenden, die aus einem Nand-Gatter mit einem nachgeschalteten Inverter bestehen, wobei der zweite Eingang des Nand-Gatters einerseits über einen Widerstand mit dem Ausgang dieses Gatters und andererseits.über einen Kondensator mit dem Ausgang des Inverters verbunden ist

Eine Weiterbildung der Anordnung zur Auswertung der Überwachungsspannungen wird in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Eingang und dem Ausgang jedes Rechteckoszillators jeweils ein Zähler .zugeordnet ist, daß von den einem Rechteckoszillator zugeordneten Zählern jeweils der Ausgang des einen Zählers mit dem einen Eingang und der Ausgang des anderen Zählers mit dem anderen Eingang eines Subtrahierers verbunden ist, daß weiterhin der Ausgang des Subtrahierers auf den einen Eingang eines !Comparators geschaltet ist, an dessen anderen Eingang ein vorbestimmtes Gleichspannungspotential mit einer überlagerten Wechselspannung angelegt ist, und daß die am Komparatorausgang anliegende Spannung einer Meldeeinrichtung zugeführt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert

In den Figuren sind nur die Teile dargestellt die für das Verständnis der Erfindung unbedingt erforderlich sind.

Es zeigt

F i g. 1 Schaltungsanordnung zum Erzeugen von aus den periodischen Impulsen abgeleiteten Überwachungsimpulsen,

F i g. 2a und 2b Folgen von Überwachungsimpulsen,

Fig.3 Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Überwachungsimpulse und

F i g. 4 Ausführungsbeispiel der Rechteckoszillatoren A und BFi g. 1.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 werden die periodischen Impulse T mit der Taktfrequenz ft, die beispielsweise in ein Rechnersystem Gr eingegeben so werden, dem Eingang eix<ss als Frequenzteiler ausgebildeten Fiipflops FFzugeführt, durch die am Ausgang des Flipflops eine Rechteckspannung UX mit der Frequenz /2, die der halben Taktfrequenz /1 entspricht auftritt

Die Rechteckspannung UX wird nun einerseits direkt und andererseits aber einen Inverter /1 gleichzeitig in je einen Rechteckoszillator A und δ eingegeben.

Die Rechteckoszillatoren A und B können in vorteilhafter Weise nach F i g. 4 aufgebaut sein und aus einem Nand-Gatter NX, einem Inverter /2, einen Widerstand Al und einem Kondensator CX bestehen.

Ober die Eingänge EX bzw. El werden die Rechteckoszillatoren A bzw. B durch die Rechteckspannung UX bzw. deren invertierte Spannung U2, Fig. 1 und 4, gesteuert Die Eigenfrequenz der Rechteckoszillatoren ist hierbei ro festgelegt daß ihre Periodendauer TA bzw. TB, ¥ ig. 2a, zu der Periodendauer Π bzw. 72 - bestimmt durch die P/equenz /2 — der steuernden Rechteckspannungen Ut bzw- U2 durch die folgenden Abhängigkeiten bestimmt sind;

n.>f>n-

f >f

wobei TX = 72 und TA- TBist.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß bei der Ansteuerung der Rechteckoszillatoren A und B durch die Rechteckspannungen UX und U⁴I an den Ausgängen A1 und A 2, F i g. 1 bzw. 4, der Oszillatoren A und B die Überwachungsimpulse der Spannungen UA und UB nach den F i g. 2a und 2b erzeugt werden.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise werden die zwei möglichen Potentialzustände der Spannungen UX, U2, UA und i/B mit 0 und 1 bezeichnet

Abhängig von den in der oberen Zeile der Fig.2a dargestellten zu überwachenden periodischen Impulsen Twerden die Rechteckspannungen UX und UI erzeugt und den entsprechenden Rechteckoszillatoren A und B zugeführt

Solange die Spannung UX den /Otentialzustand C hat wird die Spannung UA am Ausgang des Oszillators A auch auf 0 gehalten. Nimmt die Spannung UX den Potentialzustand 1 ein, dann wird die Spannung UA sofort auf den Zustand 1 gesteuert, da der Kondensator C3, Fig.4, über den Widerstand RXZ bereits aufgeladen ist

Da die Periodendauer des Oszillators A kleiner als die Periodendauer der Spannung UX ist wird die Spannung

UA bereits nach—auf den Zustand 0 geschaltet Bevor

die Spannung UA den Zustand 1 wieder einnehmen kann, befindet sich die Spannung UX im Zustand 0 und hält damit auch die Spannung UA im Zustand 0 solange fest bis die Spannung LfI den Zustand 1 wieder einnimmt usw.

Dem Rechteckoszillator A wird somit die Periodendauer TX der Spannung UX aufgezwungen.

Dies hat zur Folge, daß nur die Flanken mit den Potentialsprüngen von 0 nach 1 der Spannungen UX und UA zur selben Zeit auftreten. In der mit UA gekennzeichneten Zeile der F i g. 2a ist dies durch Pfeile angedeutet

Da der Rechteckoszillator B durch die invertierte Spannung UX mit der Spannung Ul angesteuert wird, wobei sonst die Anordnung dem Oszillator A entspricht ist die Wirkungsweise auch dieselbe. Die Spannungen U 2 und UB haben damit ebenfalls zur selben Zeit die Flanken mit den Potentialsprüngen von 0 nach 1, die wiederum in Fig.2a durch Pfeile in der mit UB bezeichneten Zeile angedeutet sind.

In der F i g. 2b ist das Verhalten der Anordnung beim Ausbleiben eines Impulses in der Folge der periodischen Impulse Tdargestellt

In der oberen Zeile der Figur ist dies durch das Fahlen des Impulses T zum Zeitpunkt© angedeutet Das Flipflop FF, F i g. 1 wird somit zum Zeitpunkt © nicht umgesteuert Die Spannung UX am Ausgang des Flipflop bleibt im Zustand 0, F i g. 2b, und die invertierte Spannung i/2 behält den Zustand 1.

Der Zustand 0 der Spannung Ui am Eingang des Rechteckoszillators A bewirkt daß die Spannung UA am Ausgang des Oszillators A auch auf dem Zustand 0 gehalten wird. Am Eingang des Rechteckoszillators B liegt die Spannung f.'2 mit dem Zustand 1 an, wodurch der Oszillator B mit seiner Eigenfrequenz schwingen kann. Hierdurch wechselt die am Ausgang des

Oszillators auftretende Spannung UB zum Zeitpunkt ©von dem Zustand 0 nach dem Zustand I. Dieser Wechsel ist in der F i g. 2b durch einen Pfeil markiert.

Bereits das Fehlen eines Impulses Γ verursacht an den Ausgängen der Rechteckoszillatoren A und B eine ungleiche Anzahl von Überwachungsimpulsen, wodurch auch die Periodendauer zwischen den Spannungen U i und UA bzw. Ul und UB nicht übereinstimmt, und die Anzahl der Flanken mit den PotentialsprOngen von 0 nach 1 der Spannungen Ui und UA bzw. U 2 und UB ungleich ist

Sowohl die unterschiedliche Periodendauer als auch die ungleiche Anzahl der Flanken kann nun zum Ermitteln des Ausbleibens schon von einem Impuls T und zur Abgabe einer betreffenden Fehlermeldung verwendet werden.

Dieses kann mit an sich bekannten Anordnungen erfolgen. Eine vorteilhafte Anordnung zum Auswerten der Spannungen UX und UA bzw. Ul und UB zeigt F ι g. 3.

Die Anordnung besteht aus den Zählern Zl bis Z 4, dem Subtrahierer 5, dem Komparator K, den Widerständen RX bis RXl, den Kondensatoren Cl und C2, dem Übertrager L einem Gleichrichter G. beispielsweise einem Relais ReI und der Spannungsquelle mit der Spannung UA und der Frequenz fA.

Die zu vergleichenden Spannungen U X und UA bzw. Ul und i/ösind jeweils an die Takteingänge der Zähler ZX und Z3 bzw. Z2 und Z4angelegt.

Entsprechen die Spannungen UX, UA. U2 und UB der in der F i g. 2a dargestellten Form, so sind die Schaltzu stände der Zähler Zl und Z3 bzw. Z2 und ZA gleich, wodurch an dem Ausgang des Subtrahierers S und damit auch am Eingang + des !Comparators K das Potential 0 V anliegt.

Da dem Eingang — des Komparators K über den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R 1 1 und R12, ebenfalls Potential 0 V zugeführt wird, kann der Komparator mit der Frequenz /4, die mit hinreichend kleiner Amplitude der Spannung UA an dem Eingang — anliegt, schwingen. Durch die am Ausgang des Komparators anliegende Spannung mit

der Frequenz (A wird das Relais ReI in die Arbeitsstellung gebracht und verbleibt in dieser Stellung.

Tritt in der zu überwachenden periodischen Impulsfolge ein Fehler auf, beispielsweise nach Fig. 2b zum

I) Zeitpunkt© durch den Ausfall eines Impulses T, so werden im Bereich um diesen Zeitpunkt die Periodendauer der zu vergleichenden Spannungen U X und UA oder Ul und UB verschieden groß und damit auch die Anzahl der von dem Zustand 0 nach I wechselnden

2Γ, ι iftftfiCn tingiCiCii. ι ifCf*uürCii n>'CPuCii SuCit iiiC CniSpiX-chenden Zähler Zl und Z3 bzw. Z2 und Z4, Fig.3 mindestens um eine Stufe verschieden eingestellt. Hierdurch liegt dann am Ausgang des Subtrahierers S und damit am Eingang + des Komparators K eine

:> derartige Spannung an, daß die Steuerwirkung der am anderen Eingang des Komparators anliegenden Spannung UA mit der Frequenz fA unterdrückt wird.

Am Ausgang des Komparators K tritt jetzt anstelle der Wechselspannung eine Gleichspannung auf, so daß

in das Relais ReI stromlos wird und in die Ruhelage wechselt

Abhängig von dieser Ruhelage des Relais ReI wird dann die geforderte Fehlermeldung ausgelöst.

Hier/u > liliitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum signaltechniscb sicheren Oberwachen des Vorhandenseins von mindestens einer Ginrichtung zugeführten, periodisch mit vorgegebenem Impuls-Pausen-Verhältnis auftretenden Impulsen, wobei jeder dieser Impulse einem Betriebsvorgang zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (T, Fig. 1) gleichzeitig mit der Eingabe in die Einrichtung (Gr) einem als Frequenzteiler geschalteten Flipflop (FF) zugeführt werden, dem zwei gleichartige Rechteckoszillatoren (A und B) nachgeschaltet sind, daß die am Ausgang des Flipflops auftretende Rechteckspannung (Ui) einem Rechteckoszillator ^direkt und dem anderen Rechteckoszillator (B) über einen Inverter (Ji) zugeführt wird, daß die Periodendauern (TA, TB) der von den Rechteckoszillatoren abgegebenen Spannungen (UA, UB) kleiner als die Periodendaircr ^Tl) der am Ausgang des Flipflops auftretenden Rechteckspannung (Ui), jedoch größer als die Hälfte dieser Periodendauer sind und daß die an den Eingängen (Ei, E 2) der Rechteckoszillatoren und die an den Ausgängen (Ai, A 2) der Rechteckoszillatoren anstehenden Rechteckspannungen (Ui, U2; UA, UB) einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die die Periodendauern und/oder die Anzahl der Flanken dieser Rechteckspannungen (Ui und UA bzw. U 2 und UR) vergleicht und bei Ungleichheit der Periodendauern oder der Anzahl der Flanken eine Fehlermeldung auslöst

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckoszillatoren (A und B) aus einem Nand-Gatte. (Ni, Fig.4) mit einen nachgeschalteten Inverter (J2) bestehen, wobei der zweite Eingang des Nand-Gatters einerseits über einen Widerstand (R 13) mit dem Ausgang dieses Gatters und andererseits über einen Kondensator (C3) mit dem Ausgang des Inverters (J 2) verbunden ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang (E 1 bzw. E 2, F i g. 1) und dem Ausgang (A 1 bzw. A 2) jedes Rechteckoszillators (A bzw. B) jeweils ein Zähler (Zi bzw. Z2, ZZ, ZA, Fig.3) zugeordnet ist, daß von den einem Rechteckoszillator (A bzw. B) zugeordneten Zählern (Z 1 und ZZ bzw. Z2 und ZA) jeweils der Ausgang des einen Zählers (Z I bzw. Z 2) mit dem einen Eingang (-) und der Ausgang des anderen Zählers (Z3 bzw. ZA) mit dem anderen Eingang (+) eines Subtrahierers $J verbunden ist, daß weiterhin der Ausgang des Subtrahierers auf den einen Eingang (+) eines !Comparators (K) geschaltet ist, an dessen anderen Eingang (-) ein vorbestimmtes Gleichspannungspotential mit einer überlagerten Wechselspannung (UA) angelegt ist, und daß die am Komparatorausgang anliegende Spannung einer Meldeeinrichtung zugeführt wird.