DE2337132B2 - Schaltungsanordnung zur Anzeige der Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes durch ein digitales, binär codiertes Meßsignal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordung zur Anzeige der Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes durch ein digitales, binär codiertes Meßsignal gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist in der DE-AS 2318790 beschrieben, welche auf einer älteren Anmeldung beruht. Bei ihr liegen das Meßsignal und das Vergleichssignal beide in Form binär codierter Zahlen vor, und für die Überwachung der Grenzwertüberschreitung sind zwei getrennte Komparatoren vorgesehen.

ι» Gegenüber der älteren Anmeldung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Anzeige der Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes durch ein digitales, binär codiertes Meßsignal zu schaffen, welche mit einem einzigen

i> Komparator auskommt, also einfacher aufgebaut ist, und zugleich ein Einstellen des Grenzwertes in Dezimalform ermöglicht.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1.

.'ο Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird ein solches Vergleichssignal intern erzeugt, das das digitale Äquivalent eines Rampensignals darstellt. Dieses Vergleichssignal ist innerhalb einer Periode zunächst kleiner als der untere Grenzwert, liegt dann

>i zwischen dem unteren und oberen Grenzwert und ist schließlich im letzten Teil der Periode größer als der obere Grenzwert. Der einzige Komparator ändert also in jedem Periodizitätsintervall des digitalen Rampensignals mit Sicherheit einmal sein Ausgangssignal,

κι wenn das Vergleichssignal gleich dem Meßsignal ist. Der Komparator arbeitet also ganz normal.

Bei der Schaltungsanordnung nach der älteren Anmeldung erfordert dagegen die Eingabe des Grenzwertes in Dezimalform ein sehr rasches Arbeiten des

r> Analog/Digitalwandlers, mit welchem das Meßsignal digitalisiert wird. Denn bei dieser Schaltungsanordnung muß für eine Änderung des Meßsignals eine jede der binären Ausgangsklemmendes Komparators nach Zuwachs des Meßsignals um ein vorgegebenes Inkre-

4(i ment aktiviert werden, damit schließlich der Komparator anspricht. Um eine Grenzwertüberschreitung auch bei sich sehr rasch ändernden Meßsignalen feststellen zu können, muß natürlich der Analog/Digitalwandler entsprechend schnell arbeiten, um eine rasche

■τ. Aufeinanderfolge binärer Ausgangssignale sicherzustellen. Dies bedeutet, daß der Analog/Digitalwandler aufwendig ausgelegt sein muß. Außerdem ist bei der Schaltungsanordnung nach der älteren Anmeldung die Eingabe der Grenzwerte in Dezimalform nur

>n möglich, wenn die Grenzwerteinstellschaltung verhältnismäßig komplizierten Aufbau hat (insbesondere zahlreiche Zuführleitungen aufweist).

Wie schon dargelegt, wird dagegen bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Vergleich

Yi zwischen Meßsignal und Vergleichssignal ganz normal durchgeführt. Die Grenzwertüberwachung erfolgt durch eine Maskierung des Ausgangssignals des Komparators durch die erfindungsgemäß vorgesehene Gatterschaltung. Innerhalb der zwischen unterem und

Mi oberern Grenzwert liegenden Sollwertbereiches wird das Ausgangssignal des Komparators vollständig unterdrückt und nicht nach außen, z. B. an eine Warneinrichtung weitergegeben. Die entsprechende Größe des Maskierbereiches kann leicht in dezimaler Form

H¹J erfolgen, da erfindungsgemäß ein Binär/Dezimal-Umsetzer an den das digitale Rampensignal bereitstellenden Ausgang des Binärzählers angeschlossen ist, welcher eingangsseitig mit dem freilaufenden

Taktgeber verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden somit Meßsignal und Vergleichssignal in Form binär verschlüsselter Zahlen verarbeitet. Eine Binär/ Dezimal-Umsetzung, wie sie für die einfache Grenzwerteinstellung in dezimaler Forr, vorteilhaft ist, erfolgt nur in demjenigen Teil der Schaltungsanordnung, welcher zu Ansteuerung der Gatterschaltung dient. In diesem Teil der Schaltungsanordnung läßt sich die Binär/Dezimal-Umsetzung einfacher und mit geringerem Aufwand durchführen als bei den zu vergleichenden Signalen selbst. Man erhält so einen großen Einstellbereich für den unteren und oberen Grenzwert bei geringem Schaltungsaufwand.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Anzeige der Überschreitung eines unteren und eines oberen Grenzwertes durch ein digitales Meßsignal,

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild der Grenzwerteinstellschaltung der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltungsanordnung, sowie der mit ihr verbundenen Schaltungsteile, und

Fig. 3 Einzelheiten des Komparator der in Fig I wiedergegebenen Schaltungsanordnung.

Die in Fig. 1 schematisch als Blockschaltbild wiedergegebene Schaltungsanordnung zum Anzeigen einer Grenzwertüberschreitung durch ein Meßsignal ist mit einer Meßsignalquelle 10 verbunden, welche an ihrem Ausgang ein digitales Meßsignal bereitstellt. Derartige Meßsignalgeber sind zum Beispiel Weggeber, die einen analog arbeitenden Meßwertaufnehmer und einen Analog/Digitalwandler enthalten. Das Ausgangssignal der Meßsignalquelle 10 wird auf einen der Eingänge eines Komparators 12 gegeben.

Ein freilaufender Taktgeber 14 ist mit dem Eingang eines Binärzählers 16 verbunden. Der Ausgang des letzteren ist mit dem zweiten Eingang des Komparators 12 verbunden. Der Komparator 12 stellt an zwei verschiedenen Ausgängen ein Ausgangssignal bereit, wenn das von der Meßsignalquelle 10 bereitgestellte Signal einen unteren Grenzwert unterschreitet oder einen oberen Grenzwert überschreitet. Einzelheiten des Kompanitors 12 werden später unter Bezugnahme auf Fig. 3 genauer beschrieben.

Der Ausgang des Binärzählers 16 ist ferner mit den Eingängen eines Umsetzers 18 verbunden, welcher später unter Bezugnahme auf Fig. 2 genauer beschrieben wird. Der Ausgang des Umsetzers 18 ist mit einer Grenzwerteinstellschaltung 20 verbunden, an welcher der untere Grenzwert und der obere Grenzwert in dezimaler Form eingestellt werden können. Die Grenzwerteinstellschaltung 20 erzeugt imemrdann auf einer von zwei Ausgangsleitungen ein Signal, wenn der Stand des Binärzählers 16 dem eingestellten unteren Grenzwert oder dem eingestellten oberen Grenzwert entspricht.

Ausgangsseitig ist die Grenzwerteinstellschaltung mit einem Treiber 22 verbunden, an dessen Ausgang zwei Steuersignale z_, und Z₄ erhalten werden, welche dem Komparator 12 überstellt werden und dessen Arbeiten steuern.

Die beiden Ausgangssignale des Komparators 12 werden auf die Eingangsklemmen eines ODER-Gliedes 24 gegeben, welches eine Anzeige 26 ansteuert. Letztere spricht somir. immer dann an, wenn das von der Meßsignalquelle 10 bereitgestellte Signal entweder den unteren Grenzwert unterschreitet oder den

j oberen Grenzwert überschreitet, welcher jeweils an der Grenzwerteinstellschaltung 20 eingestellt ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt der Umsetzer 18 zwei Oktalumsetzer 28 und 30. DerOkUlumsetzer 28 erhält vom Binärzähler 16 die drei niedrigsten Stel-

i» len der Binärzahl a, welche den Zählerstand darstellt. Diese niedersten Bits der Binärzahl α sind in Fig. 2 mit a_u, a, und a₂ bezeichnet. An Ausgängen s, bis S₈ des Oktalumsetzers 28 erhält man für jede mögliche Kombination der Bits a_u, α, und a₂ jeweils ein be-

i) stimmtes Ausgangssignal. So wird zum Beispiel die Uinärzahl 000 vom Oktalumsetzer 28 in ein niederpegeliges Signal am Ausgang J₈ urngesetzt; die Binärzahl 001 führt zu einem niederpegeligen Signal am Ausgang S₇.

-'ο In ähnlicher Weise ist der Oktalumsetzer 30 mit den drei höchsten Bits der Binärzahl α beaufschlagt. Diese Bits sind in Fig. 2 mit a₃, «₄ und a₅ bezeichnet. Der Oktalumsetzer 30 arbeitet ganz ähnlich wie der Oktalumsetzer 28 und stellt für jede unterschiedliche

.'"> Kombination der Bits α₃, α_Λ und O₅ an einer seiner Ausgangsklemmen r, bis /■„ ein Signal bereit. Für die Binärzahl 000 wird wieder ein niederpegeliges Signal am Ausgang r_K bereitgestellt, während die übrigen Ausgänge /·, bis r-, hochpegelig bleiben. Für die Binär-

in zahl 001 wird das Signal am Ausgang r₇ niederpegclig, während die übrigen Ausgangssignale hochpegelig bleiben.

An die Ausgänge der Oktalumsetzer 28 und 30 sind Inverter 32 angeschlossen, so daß die niederpegeligen

r. Ausgangssignale in hochpegelige Ausgangssignale umgesetzt werden und umgekehrt.

Wie Fig. 2 ferner zeigt, weist die Grenzwerteinstellschaltung 20 zwei Sammelschienen T₁ und T₁ auf, die mit Kontaktbrücken 34 und 36 zusammenarbei-

iii ten.

Die Kontaktbrücke 34 ist mit zwei Dioden 38 und 40 versehen, deren Anoden über einen mittleren Schleifkontakt 42 zusammengeschaltet sind, welcher auf der Sammelschiene T₁ läuft. Die Schaltbrücke 34

π hat ferner bewegliche Kontakte 44 und 46, die mit den Kathoden der Dioden 38 und 40 verbunden sind und nacheinander jeweils mit einem von zwei einander gegenüberliegenden feststehenden Kontakten 48 und 50 in Berührung gebracht werden können. Die fest-

Id stehenden Kontakte 48 und SO sind linear in einer Reihe angeordnet. Mit welchem der feststehenden Kontakte 48 und 50 die beweglichen Kontakte 44 und 46 in Berührung stehen, läßt sich durch Verschieben der Kontaktbrücke 34 einstellen.

η Die Kontakte 48 sind in der in Fig. 2 gezeigten Art und Weise mit Dezimalausgängen 48' des Oktalumsetzers 28 verbunden. In ähnlicher Weise sind die feststehenden Kontakte 50 mit den Dezimalausgängen 50' des Oktalumsetzers 30 verbunden.

wi Die zweite Kntaktbrückc 36 hat zwei Dioden 52 und 54, deren Anoden über einen mit der Sammelschiene T₂ zusammenarbeitenden Schleifkontakt 56 verbunden sind. Die Schaltbiücke 36 hat ferner bewegliche Kontakte 58 und 60, welche an die Kathoden

μ der Dioden 52 und 54 angeschlossen sind und ebenfalls mit zwei einander gegenüberliegenden der Kontakte 48 und 50 in Berührung gebracht werden können.

Die Schleifkontakte 42 und 56 sind über die Sammelschienen T₁ und T₂ mit Leitungen 62 und 64 verbunden, welche über Widerstände R mit einer positiven Versorgungsspannung von 15 Volt verbunden sind. Auf diese Weise bilden die Dioden der Kontaktbrücke 34 und 36 jeweils ein UND-Glied, und man erhält auf den Leitern 62 und 64 nur dann ein Signal, wenn sowohl der Kontakt 48 als auch der Kontakt 50 des Kontaktpaares, welcher mit der Kontaktbrücke 34 bzw. der Kontaktbrücke 36 in Berührung steht, hochpegelig sind. Ist nur einer der Kontakte eines Kontaktpaares niederpegelig, so leitet eine der beiden Dioden der Kontaktbrücken und die Leitung 62 bzw. 64 wird auf Erdpotential gehalten. Man erhält also auf den Leitungen 62 und 64 nur dann ein Ausgangssignal, wenn an den beiden jeweils interessierenden Dezimalausgängen der Oktalumsetzer 28 und 30 ein hochpegeliges Signal erhalten wird.

Die Ausgänge /■ und s der Oktalumsetzer 28 und 30 sind so geschaltet, daß die aufeinanderfolgenden Stellungen der Kontaktbrücken 34 und 36 jeweils einer Dezimalzahl entsprechen. Hierzu sind jeweils acht aufeinanderfolgende der Kontakte 50 mit einem der Ausgänge /■ des Oktalumsetzers 30 verbunden, während jeweils jeder achte der Kontakte 48 mit einem zugeordneten der Ausgänge s des Oktalumsetzers 28 verbunden ist.

Da in der Praxis ein Einstellbereich für die Grenzwerte von + 25 bis — 25 ausreicht, sind nur diejenigen der Ausgänge r und s der Oktalumsetzer 30 und 28 mit Kontakten 48 bzw. 50 verbunden, welche für die Darstellung der Dezimalzahlen 7 bis 57 erforderlich sind.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Leitungen 62 und 64 über durch Transistorstufen gebildete Inverter 66 und 68 mit Eingängen des Treibers 22 verbunden. Der Treiber 22 stellt an zwei Ausgängen die Signale z₃ und Z₄ bereit, wenn der durch die Binärzahl α gegebene Inhalt des Binärzählers 16 mit dem durch die Kontaktbrücke 34 eingestellten Dezimalwert bzw. mit dem durch die Kontaktbrücke 36 eingestellten Dezimalwert übereinstimmt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind mit diesen beiden Signalen z, und z_A die Takteingangsklemmen CLK zweier Flipflops 76 und 78 beaufschlagt. Die ./-Eingangsklemmen der Flipflops 76 und 78 sind mit der »<«-Ausgangsklemme bzw. der »>«-Ausgangsklemme eines Komparatorkreises 12b verbunden, wahrend die K-Eingangsklemmen der beiden Flipflops unter Zwischenschaltung eines Inverters mit denselben Ausgangsklemmen des Komparatorkreises 12b verbunden sind. Der Komparatorkreis 12b ist mit den höchstwertigen Bits a₄ und a₅ des Zählerstandes des Binärzählers 16 und mit den höchstrangigen Bits b₄ und b_s des digitalisierten Meßsignals beaufschlagt. Der Vergleich der niederrangigen Bits des digitalisierten Meßsignals und des durch den Inhalt des Binärzählers 16 gegebenen Vergleichssignals erfolgt in einem zweiten Komparatorkreis 12a, der ausgangsseitig mit weiteren Eingangsklemmen des Komparatorkreises 12b_verbunden ist.

Die Q -Ausgangsklemmen sind mit den Eingängen eines NAND-Gliedes 24' verbunden, welche funktionsmäßig das ODER-Glied 24 von Fig. 1 ersetzt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 24' ist mit der Anzeige 26 verbunden.

Die oben beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:

Der freilaufende Taktgeber 14 überstellt laufend Taktimpulse an den Binärzähler 16, der somit bis zum Überlauf hochgezählt wird und dann wieder von neuem zu zählen beginnt. Der Binärzähler 16 erzeugt somit ein durch eine binäre Zahl α gegebenes Vergleichssignal, welches das digitale Äquivalent einer Sägezahnspannung darstellt.

Dieses digitale rampenförmige Vergleichssignal wird in den Komparatorkreisen 12a und 12b ständig mit dem digitalisierten Meßsignal verglichen und man erhält an der »<«-Ausgangsklemme des Komparatorkreises 12b immer dann ein Signal, wenn das digitalisierte Meßsignal kleiner ist als das vom Binärzähler 16 bereitgestellte Vergleichssignal. Entsprechend erhält man an der »>«-Au5garigsklemmc des Komparatorkreises 12b immer dann ein Signal, wenn das digitalisierte Meßsignal größer ist als das vom Binärzähler 16 bereitgestellte Vergleichssignal. Die an den Ausgängen des Komparatorkreises 12b erhaltenen Signale gelangen aber nicht unmittelbar auf die Eingangsklemme des ODER-Gliedes 24 bzw. des NAND-Gliedes 24', da zusätzlich die Flipflops 76 und 78 vorgesehen sind, welche nur dann durchsteuern, wenn ihre Takteingangsklemmen CLK mit dem Signal Z₃ bzw. z_A beaufschlagt sind.

Die Signale z, und Z₄E werden nur dann erhalten, wenn auf der Leitung 62 bzw. 64 ein hochpegeliges Signal entsteht. Dies ist dann der Fall, wenn der Inhalt des Binärzählers derjenigen Dezimalzahl entspricht, welche durch Einstellung der Kontaktbrücke 34 bzw. 36 ausgewählt ist.

Damit wird insgesamt erreicht, daß das Ergebnis des durch die Komparatorkreise 12a und 12b durchgeführten Vergleiches zwischen Vergleichssignal und Meßsignal nur dann zur Aktivierung der Anzeige 26 verwendet wird, wenn der Inhalt des Binärzählers 16 entweder dem eingestellten unteren Grenzwert oder dem eingestellten oberen Grenzwert entspricht. Da diese Maskierung der Ausgangssignale des Komparatorkreises 12b unter Verwendung von Flipflops 76 und 78 _erfolgt, bleibt das an deren Ausgangsklemme Q bereitgestellte Ausgangssignal so lange erhalten, bis das einmal gesetzte Flipflop durch Signalbeaufschlagung seiner Löschklemme CLR und seiner Voreinstellklemme PRE in den Ausgangszustand zurückgebracht wird. Die entsprechenden Signale sind in Fig. 3 mit H bezeichnet.

Aus der obenstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Grenzwerteinstellschaltung, deren Einzelheiten unter Bezugnahme auf Fig. 2 obenstehend erläutert wurden, verhältnismäßig einfachen Aufbau der Kontaktanordnungen aufweist. Der obere und untere Grenzwert können einfach in Dezimalform im Bereich zwischen + 25 und — 25 gewählt werden. Da das als binäre Zahl dargestellte Meßsignal die Grenzwerte nicht durchlaufen muß, um die Anzeige 26 zu aktivieren, braucht der Analog/Digitalwandler der Meßsignalquelle 10 keine kurze Ansprechzeit zu haben.

Es versteht sich, daß man die oben beschriebene Schaltungsanordnung zur Grenzwertüberwachung auch nur zur Überwachung eines einzigen Grenzwer ■ tes verwenden kann. In diesem Falle wird dann nur eine der Sammelschienen T₁ und T₁ und nur eine einzige Kontaktbrücke verwendet. Auch der Komparator 12 kann dann entsprechend einfacher ausgebildet sein, indem man nur ein Flipflop vorsieht, welches entweder dem »<«-Ausgang oder dem »>«-Ausganj des Komparatorkreises 12b nachgeschaltet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Anzeige der Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes durch ein digitales, binär kodiertes Meßsignal mit

a) einer Referenzsignalquelle für ein digitales, binär kodiertes Vergleichssignal,

b) einem von dem Meßsignal und dem Vergleichssignal beaufschlagten Komparator,

c) einer Grenzwerteinstellschaltung, die eine Anzahl von bestimmten Zahlcnwerten zugeordneten Kontakten und mindestens eine bewegliche Kontaktbrücke zur Verbindung ausgewählter, den Grenzwert repräsentierender Kontakte mit wenigstens einer Sammelschiene aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Referenzsignalquelle einen frei laufenden Taktgeber (14) und einen mit dessen Ausgang verbundenen, periodisch hochzählenden Binärzähler (16) aufweist,

e) ein parallel zum Komparator (12) an den Ausgang des Binärzählers (16) angeschlossener Binär/Dezimal-Umsetzer (18, 20) vorgesehen ist, dessen Dezimalausgänge (48', 50') mit den Kontakten (48, 50) der Grenzwerteinstellschaltung (34 bis 60, Tl, Tl) verbunden sind,

f) eine an den Ausgang des Komparators (12) angeschlossene und von dem Potential der Sammelschiene. (Γ1, Tl) gesteuerte Gatterschaltung (76, 78) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal des Komparators (12) jeweils bei Überschreitung des eingestellten Grenzwerts durch das Meßsignal durchläßt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binär/Dezimal-Umsetzer eine Anzahl von Oktalumsetzern (28. 30) enthält, daß die Dezimalausgänge des Binär/ Dezimal-Umsetzers (18, 20) jeweils von einem Kontaktpaar gebildet sind, dessen Einzelkontakte (48' bzw. 50') jeweils mit einem Ausgang (/·, s) eines der Oktalumsetzer (28, 30) und mit zugeordneten Einzelkontakten (48, 50) eines Kontaktpaars der Grenzwerteinstellschaltung (34 bis 60, Tl, 72) verbunden sind, und daß die Kontaktbrücke (34; 36) als UND-Glied ausgebildet ist, dessen Eingänge (44, 46; 58, 60) mit einem Kontaktpaar (48, 50) der Grenzwerteinstellschaltung (34 bis 60, 71, 72) und dessen Ausgang (42 bzw. 56) mit der Sammelschiene (Tl bzw. T2) verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gatterschaltung wenigstens ein von Potentialänderungen der Sammelschiene (Tl bzw. T2) getaktetes, an den Ausgang des Komparators (12) angeschlossenes Flipflop (76 bzw. "78 enthält, das nach Überschreitung des Grenzwerts durch das Meßsignal einen bestimmten Schaltzustand einnimmt.