DE2903860C2 - Einrichtung zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers und zur gleichzeitigen Informationsübertragung über ein Aderpaar - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers und zur Informationsübertragung von einer Station nach einer entfernten zweiten Station über dasselbe einzige Aderpaar mit Hilfe von aufmodulierten elektrischen Signalen, die auf der Empfangsseite durch Demodulation rückgewonnen werden.

Eine Einrichtung der oben angegebenen Art ist aus der DE-AS 12 62 331 unter dem Titel »Verfahren und Schaltungsanordnung zur Datenübertragung« bekannt. Hierbei ist wesentlich, daß zur Übertragung von Daten der Pegel eines elektrischen Parameters, beispielsweise einer Wechselspannung oder eines Wechselstromes, während mindestens eines Zeitintervalls zu einem vom Wert der zu übertragenden Daten abhängigen Zeitpunkt abgeändert wird. Zur Festlegung der Zeitinterval-Ie, besonders bei Gleichstrombetrieb, ist sende- und empfangsseitig ein beträchtlicher Aufwand erforderlich, da sonst eine Informationszuordnung nicht möglich ist.

Ähnliches gilt sinngemäß auch für den durch die DE-PS 6 94 438 gegebenen Stand der Technik, der sich mh einem Verfahren zum Morsen über Starkstromnetze unter Zuhilfenahme nur kurzzeitiger Spannungsabsenkungsimpulse befaßt Da in dem Fall das Morsen über Wechselstromnetze erfolgen soll, verbietet sich die Verwendung von Gleichspannungsverbrauchern von selbst Besonders die Verwendung von Taktgebern an den Empfangs- und Sendestellen zur speziellen Verarbeitung der Morsesignale erfordert einen unerwünschten Aufwand.

Schließlich ist aus der DE-OS 2719 813 eine Schaltungsanordnung für Energieversorgungsleitungen von Regeleinrichtungen zur Übertragung von Steuersignalen bekannt Diese Schaltungsanordnung beschränkt sich jedoch auf Anlagen mit Wechselstrombetrieb. Ein Modulationsvorgang zur Übertragung der Steuersignale erfolgt bei dieser bekannten Anlage jedoch nicht von der Stromversorgungsseite her, sondern geht von der Verbraucherseite aus.

Eine weitere bekannte Einrichtung ist beispielsweise beschrieben in der DE-AS 16 05 427 im Zusammenhang mit einer Schaltungsanordnung zum Erzeugen und Übertragen von Achszählimpulsen in Achszählanlagen bei Eisenbahnen. Dabei werden elektronische Einrichtungen im Schaltungszusammenhang mit einer Achszählstelle am Gleis über eine Doppelleitung beispielsweise von einem Stellwerk aus mit Speisegleichstrom versorgt. Die für einen Zählvorgang erforderlichen Achszählinformationen liegen im Endeffekt in Form von frequenzmodulierten Wechselspannungssignalen vor, die über dasselbe Aderpaar in das Stellwerk rückübertragen werden. Das bei dieser bekannten Einrichtung angewandte Energieversorgungs- und Informationsübertragungsprinzip unter Verwendung von nur zwei Kabeladern hat sich seit vielen Jahren bewährt; es erfordert jedoch zur Entkopplung und zur Elimination der für die Informationsübertragung vorhandenen Frequenzen einigen Aufwand an Übertragern und Filtern.

Ähnliche Einrichtungen kennt der Fachmann in Form von Rundsteuer-Anlagen, welche die Aufgabe haben, ohne Hilfsleitungen über ein Starkstromnetz Steuerbefehle zu geben. Zu dem Zweck werden dem Starkstromnetz geeignete Tonfrequenzen überlagert, die bei den in der Ferne zu schaltenden Organen selektiert werden zur Steuerung von Schalteinrichtungen (K. Steinbuch, »Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung«, Springer-Verlag, Berlin, 1967, Seite 879). Da bei diesen Anlagen die an das Starkstromnetz angeschlossenen Verbraucher die zur Informationsübertragung überlagerten Tonfrequenzen stark bedampfen, erfordern derartige Rundsteuer-Anlagen einen hohen Leistungsaufwand für die Tonfrequenzen, damit bei den in der Ferne zu schaltenden Einrichtungen noch ein ausreichend hoher Signalpegel zur Verfügung steht. Außerdem sind aufwendige Einrichtungen zur Ein- und Auskopplung der für die Steuerung vorgesehenen Tonfrequenzen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß ohne Definition von Zeitintervallen und den damit verbundenen beträchtlichen technischen Aufwand Mitteilungen mit geringem Informationsgehalt, z. B. Zahlen, denen zyklisch sich wiederholende Steuerimpulsfolgen zugeordnet werden, über dasselbe Aderpaar zusammen mit dem Gleichstrom zu übertragen, wobei nicht im Sinne einer Einfachstromtelegra-

phie verfahren werden darf, da bei diesem Prinzip jeweils bei dem einen Kennzustand die Gleichstromversorgung unterbrochen wäre.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der einen, den Gleichstrom abgebenden Station ein diesen in der Amplitude in Abhängigkeit von einer der zu übertragenden Information entsprechenden Signaifolge modulierendes Gerät vorgesehen ist mit einem derartigen Modulationsgrad, daß die Gleichstromversorgung trotz der Modulation noch innerhalb einer vorgegebenen Versorgungsschwankungsbreite des in der zweiten Station vorhandenen Verbrauchers liegt, daß zur Rückgewinnung der Signalfolge in der zweiten Station an das Aderpaar zusätzlich ein Amplitudendemodulator angeschlossen und als Verbraucher mindestens ein Gleichspannungswandler vorgesehen ist

Diese erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine quasi kontinuierliche Signalübertragung mit einfachen Mitteln auf zwei Gleich-Stromversorgungsleitungen zu einem Verbraucher ohne Unterbrechung der Stromversorgung. Die Verwendung von Gleichspannungswandlern mit großem Eingangsspannungsbereich bringt den Vorteil, daß auf dem Aderpaar bei der Informationsübertragung eine relativ große Schwankung in der Gleichstromversorgung zulässig ist, so daß mit einem besonders hohen Modulationsgrad gearbeitet werden kann. Dies ist von Vorteil im Hinblick auf eine ordnungsgerechte, sichere Informationsübertragung.

Besonders bei der Anwendung in Eisenbahnanlagen, bei denen Leiter vorhanden sind, die vom Triebrückstrom durchflossen werden, wodurch in beliebigeT anderen Einrichtungen mit empfindlichen elektronischen Schaltungen Störspannungen auftreten, die zu Zerstörungen führen können, ist es von Vorteil, daß der Amplitudendemodulator zwischen dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis eine galvanische Trennung enthält. So kann beispielsweise ein Impulsrelais zur Anwendung kommen, dessen mechanischer Aufbau so *o gestaltet ist, daß das Relais im Takte der Modulationsfrequenz anspricht.

Unter Vermeidung von mechanischen Einrichtungen ist in bevorzugter Weise der Amplitudendemodulator aus einem Optokoppler aufgebaut, dessen Sendekreis durch einen an das Aderpaar angeschlossenen Impulsverstärker steuerbar ist, und dessen Ausgangskreis mit der Ausgangsspannung eines an das Aderpaar angeschlossenen Gleichspannungswandlers versorgt ist. Ein derartiger DC-DC-Wandler kann in vorteilhafter Weise zur Stromversorgung weiterer beliebiger Verbraucher ausgelegt sein.

Wegen des geringfügigen Aufwandes ist in bevorzugter Ausbildung der Erfindung zur Amplitudenmodulation in eine Leitung des Aderpaares ein Widerstand eingefügt, dem ein durch die Modulationsfrequenz steuerbarer Verstärker parallelgeschaltet ist. Wird in diesem Zusammenhang ein einstellbarer Widerstand vorgesehen, so kann der zulässige Modulationsgrad leicht in Abhängigkeit von der Leitungslänge des Aderpaares, den Leitungseigenschaften und in Abhängigkeit von der Last des Verbrauchers eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert.

Mit Hilfe einer Anlage entsprechend dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sollen Einrichtungen, die rechts von der senkrechten strichpunktierten Linie L angedeutet sind einerseits mit Gleichstrom und andererseits mit Informationen verborgt werden, die über ein einziges Aderpaar 1, 2 gelangen, ausgehend von einer Station, von der nähere Einzelheiten links von der strichpunktierten Linie L dargestellt sind. An das Aderpaar 1, 2 ist mittelbar eine Gleichstromquelle 3 angeschlossen, und zwar über einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 4 einer Amplitudenmodulationseinrichtung 5. Parallel zum Widerstand 4 ist ein Schalttransistor 6 vorgesehen, der .durch einen weiteren Transistor 7 steuerbar ist Der Basiselektrode 71 des Transistors 7 werden entsprechend einer zu übertragenden Information Rechtecksignale RE zugeführt, wobei die Information durch die Folgefrequenz der Rechtecksignale oder durch die Zahl der jeweils für sich übertragenen Impulse dargestellt ist. Auf die Darstellung und Beschreibung der zur Erzeugung der Rechtecksignale RE erforderlichen Einrichtungen ist verzichtet, da diese Einrichtungen für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentlich sind.

In der rechts von der strichpunktierten Linie L dargestellten empfangenen Station sind an das Aderpaar 1,2 als Verbraucher zwei verschiedene Spannungswandler 8 und 9 angeschlossen, von denen der Wandler 8 als Gleichspannungswandler ausgebildet ist Der Wandler 9 kann eine Umsetzung von Gleich- und Wechselstrom vornehmen. Es ist aber auch denkbar, zwei Gleichsoannungswandler mit verschiedenen Ausgangsgleichspannungen zu verwenden. Wesentlich ist für die als Verbraucher an das Aderpaar 1, 2 angeschlossenen Wandler, daß diese eine zulässige Eingangsspannungsbreite aufweisen, die größer ist als die durch die Modulation des Versorgungsgleichstromes auf dem Aderpaar 1, 2 am Stromversorgungseingang des Wandlers hervorgerufene Welligkeit der Gleichspannung.

Zur Rückgewinnung der die Information darstellenden Modulationsfrequenz ist in der zweiten Station an das Aderpaar 1, 2 ein Amplitudendemodulator 10 angeschlossen. Dieser besteht in bevorzugter Weise zur galvanischen Trennung aus einem Optokoppler 11, dessen Sendekreis mit der Sendediode 110 über die Schaltstrecke eines Transistors 12 und einen Strombegrenzungswiderstand 13 mit dem Aderpaar 1, 2 verbunden ist. Der Steuerkreis des Transistors 12 wiederum ist über einen Widerstand 14 in Reihe mit einem Kondensator 15 ebenfalls an das Aderpaar I₁ 2 angeschlossen. Die Basis-Emitterstrecke des Transistors 12 ist durch eine Diode 16 verbunden, welche die Aufgabe hat, das Umladen des Kondensators 15 zu ermöglichen. Ferner hat die Diode 16 die Aufgabe, die als Sperrspannung an der Basis-Emitterstrecke des Transistors 12 auftretende Spannung auf ihre Durchlaßspannung zu begrenzen. Dem Fototransistor 111 im Ausgangskreis des Optokopplers 11 wird die Versorgungsspannung über einen Widerstand 17 aus dem Gleichspannungswandler 8 zugeführt. Ein am Widerstand 17 auftretender Spannungsabfall dient als Eingangssignal für eine nachgeschaltete Triggerstufe 18. Diese hat die Aufgabe, die zugeführten Signale für eine nachgeschaltete Auswerteeinrichtung 19 aufzubereiten. Mit Hilfe dieser Auswerteschaltung 19 können entsprechend den übertragenen Informationen beispielsweise diesen zugeordnete Schakhandlungen in nicht weiter dargestellten anderen Einrichtungen ausgelost werden. Nachfolgend sei kurz die Arbeitsweise der Einrichtung näher erläutert.

Ohne jegliche Modulation, also bei fehlenden Rechtecksignalen RE, ist der Schalttransistor 6 über den an positivem Potential liegenden Widerstand 66 durchgeschaltet, so daß der Widerstand 4 kurzgeschlossen ist. Während dieser Zeit ist die Sendediode 110 des Optokopplers 11 abgeschaltet, und die: Triggerstufe 18 gibt ein konstantes Gleichsignal an die Auswerteschaltung 19 ab. Sobald für eine Informationsübertragung nun positive Steuerimpulse in Form von Rechtecksignalen RE an der Basiselektrode 71 des Transistors 7 vorhanden sind, wird der letztere dementsprechend durchgeschaltet. Bei jedem Durchschalten wird der Schalttransistor 6 gesperrt, so daß der Widerstand 4 wirksam wird. Dabei erhöht sich also jedesmal der Widerstand im Versorgungsstromkreis der beiden Spannungswandler 8 und 9, was im Endeffekt eine entsprechende Eingangsspannungsabsenkung bis auf einen durch den Modulationsgrad vorgegebenen Wert zur Folge hat Diese Absenkung ist aufgrund des beim Widerstand 4 eingestellten Wertes so bemessen, daß die Eingangsspannungsschwankungen der Wandler 8, 9 durch diese im Hinblick auf eine am jeweiligen Ausgang auszugebende nahezu konstante Spannung noch ausge-

glichen werden können. Im Amplitudenmodulator 10 ergeben sich nun bei modulierten Gleichspannungssignalen folgende Verhältnisse: Der negative Potentialsprung am Kondensator 15 bewirkt einen Stromimpuls durch die Diode 16. Dabei wird^er Transistor 12 in den Sperrzustand geschaltet. Nach' jedem Abklingen eines der positiven Steuerimpulse der Rechtecksignale RE gelangt der Transistor 7 wieder in den_Sperrzustand, und der dabei wieder leitende Transistor 6 schließt den Widerstand 4 kurz. Dadurch kommt es jeweils zu einem positiven Potentialsprung am Kondensator 15. Der hierdurch auftretende positive Ladestromimpuls bewirkt ein Aufsteuern des Transistors 12. Dadurch fließt Strom über die Sendediode 110 des Optokopplers Il und sorgt jeweils für die Übertragung eines Steuerimpulses, der schließlich durch die Triggerstufe 18 auf die Auswerteschaitung 19 gelangt.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispieles kann die Steuerung der Sendediode HO des Optokopplers 11 anstelle über die Bauteile 12,14,15 und 16 mit Hilfe einer entsprechend bemessenen Zcnerdiode erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Gleichstromversorgung eines Verbrauchers und zur Informationsübertragung von einer Station nach einer entfernten zweiten Station über dasselbe einzige Aderpaar mit Hilfe von aufmodulierten elektrischen Signalen, die auf der Empfangsseite durch Demodulation rückgewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen, den Gleichstrom abgebenden Station ein to diesen in der Amplitude in Abhängigkeit von einer der zu übertragenden Information entsprechenden Signalfolge (RE) modulierendes Gerät (5) vorgesehen ist mit einem derartigen Modulationsgrad, daß die Gleichstromversorgung trotz der Modulation noch innerhalb einer vorgegebenen Versorgungsschwankungsbreite des in der zweiten Station vorhandenen Verbrauchers (8, 9) Hegt, daß zur Rückgewinnung der Signalfolge (RE) in der zweiten Station an das Aderpaar (1, 2) zusätzlich ein Amplitudendemodulator (10) angeschlossen und als Verbraucher mindestens ein Gleichspannungswandler (8) vorgesehen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Amplitudendemodulator (10) zwischen Eingangskreis und Ausgangskreis eine galvanische Trennung (11) enthält

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß der Amplitudendemodulator (10) aus einem Optokoppler (11) besteht, dessen Sendekreis durch einen an das Aderpaar (1,

2) angeschlossenen Impulsverstärker (12,14,15,16) steuerbar ist, und dessen Ausgangskreis mit der Ausgangsspannung eines an das Aderpaar (1, 2) angeschlossenen Gleichspannungswandlers (8) versorgt ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Amplitudenmodulation in eine Leitung (2) des Aderpaares (1,2) ein Widerstand (4) eingefügt ist, dem ein durch die Modulationsfre- «o quenz (RE) steuerbarer Verstärker (6) parallelge-c schaltet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines einstellbaren Widerstandes (4).