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Schaltung zur Speicherung von Wertangaben pneumatischer Messsignale
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung von pneumatischen Geräten, die zur Speicherung von
Wertangaben pneumatischer Messsignale dient. Bei der automatischen Steuerung von grösseren wärmetechnischen Betrieben tritt die Notwendigkeit auf, eine grosse Anzahl der gemessenen physikalischen
Grössen durch Druck zu registrieren. Für diese Registrierungsart ist es nötig, das einem bestimmten Wert der gemessenen Grösse entsprechende ausgesendete Signal in digitaler Gestalt zu verarbeiten, die den Abdruck und eventuell die Anzeige in Ziffern ermöglicht. Die an den Messstellen entnommenen Signale werden in einem regelmässigen zirkuläre Zyklus nach Verarbeitung in die Druckeinrichtung geführt.
Bisher sind elektrische Einrichtungen, sogenannte"Messzentralen"bekannt, die die Sammlung von gemessenen Grössen durchführen und dieselben für Druck und ziffernmässige Anzeige verarbeiten. Im Falle, dass die physikalischen Grössen mit Hilfe von pneumatischen Gebern gemessen werden, ist es nötig, ihr einheitliches Ausgangssignal, z. B. 0,2-1 kp/cm2 in ein proportional elektrisches Analogsignal um, zuwandeln und dies wieder in ein digitales Signal, welches den Eingang in den digitalen Teil der elektrischen Messzentrale ermöglicht. Die Umwandlung des pneumatischen Analogsignals in ein elektrisches Analogsignal wird durch die pneumatisch-elektrischen Analogumwandler ermöglicht.
Ihre Anzahl erreicht in wärmetechnischen Betrieben und besonders in chemischen Betrieben bis 60% der Anzahl von allen gemessenen Signalen. Die erwähnten Umwandler erhöhen bedeutend die Kosten der elektrischen Messzentrale und auch die Unverlässlichkeit der ganzen Messeinrichtung. Für eine kleinere Anzahl von pneumatischen Messstellen ist die elektrische Messzentrale zu anspruchsvoll und nicht ökonomisch. Es zeigt sich also als vorteilhaft, die pneumatischen Analogsignale in die diskrete Endform direkt mit Hilfe von pneumatischen Geräten zu verarbeiten, also die Umwandlung von pneumatischen Analogsignalen in elektrische Analogsignale fortzulassen.
Das Wesen der Erfindung besteht gerade in einer Schaltung für das Sammeln von Wertangaben der pneumatischen Messsignale, welche auf dem pneumatisch-elektrischen Prinzip arbeitet, wonach die Eingangskanäle mit einheitlichen pneumatischen Analogsignalen, z. B. im Druckbereich 0,2-1, 00 kg/cm2, an einem pneumatischen Umschalter von Messstellen angeschlossen sind, dessen Ausgangskanal mit einem pneumatischen analog-digitalen Umsetzer verbunden ist, dessen Ausgangskanäle mit pneumatischen Zweiwertsignalen in einem Zweig an pneumatische Dekoder (Entschlüssler) und Speicher angeschlossen sind ; die Ausgangskanäle der Dekoder sind einesteils mit dem pneumatischen digitalen Anzeigegerät, andemteils mit den pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzem für die Endauswertungseinrichtung, z.
B. die Druckeinrichtung, elektrische Ziffernanzeigegeräte u. ähnl. verbunden. Im andem Zweig können die pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzer mit ihrem Eingang an die Ausgangskanäle der pneumatischen Analog-Digitalumsetzer angeschlossen werden, wobei die elektrischen unifizierten Zweiwertausgangssignale direkt in den digitalen Teil der elektrischen Zentrale geschaltet werden können. Durch
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die erfindungsgemässe Schaltung werden also die oben angeführten Nachteile der elektrischen "Messzen- tralen"beseitigt, welche mit pneumatischen Eingangssignalen arbeiten. Ausserdem kann die nach der
Erfindung geschaltete Einrichtung selbstständig mit direkter Einschaltung der Druckeinrichtung und der di- gitalen Anzeiger arbeiten.
Durch Anwendung der erfindungsgemässen Schaltung werden die pneumatisch- elektrischen Analogumsetzer beseitigt, die Schaltung ist wesentlich einfacher und die ganze Einrichtung billiger und verlässiicher. Eine kleinere Umschaltgeschwindigkeit der einzelnen pneumatischen Signale stellt in den angeführten Anwendungen kein Hindernis dar.
In den Zeichnungen ist einesteils die Blockschaltung der Geräte eines Übertragungszweiges, ändernteils die schematische Darstellung der einzelnen Geräte gezeigt, welche ihre Funktion erklären.
In Fig. 1 sind die Leitungen 1 für die pneumatischen Analog-Eingangssignale dargestellt, deren bestimmte Anzahl, z. B. 10, den einzelnen Eingängen der pneumatischen Umschalter der Messstellen 2 zugeführt wird, der in einem im voraus bestimmten synchronen oder gewählten Adressensystem bloss ein einziges pneumatisches Analogsignal an den Ausgang des Umschalters anschliesst, der an den Eingang des pneumatischen Analog-Digitalumsetzers 3 angeschlossen ist. Der Analog-Digitalumsetzer ändert die Analog-Eingangsinformation in eine digitale Ausgangsinformation, die aus einer Kombination von pneumatischen (diskreten) Zweiwertsignalen zusammengesetzt ist und so einen bestimmten binären Kode bil- den.
Die Digitalinformation wird den Dekodem 4 zugeführt, welche je nach Bedarf die Informationen im Binärkode in eine Ausgangsinformation ändern, welche der Endauswertungseinrichtung zugeführt werden kann. Die Dekoder wandeln z. B. den binären Eingangskode mit einer Änderung in der einen Ordnung in einen Ausgangskode eins aus zehn, Siebenelementkode, Zehnelementkode u. ähnl. um. Es ist möglich, die Digitalinformation aus dem Analog-Digitalumsetzer 3, wie strichliert angedeutet ist, auch in den pneumatischen Speicher 5 zu führen, in welchen während der geforderten Zeitdauer die Informationen über die Werte der Grössen der einzelnen Messstelle gespeichert werden.
In einer andern Variante werden die pneumatischen Zweiwert-Ausgangssignale aus dem Analog-Digitalumsetzer 3 vermittels der (in den Zeichnungen strichpunktiert angedeuteten) Leitung an den pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzer 6 angeschlossen, deren unifizierte diskrete elektrische Ausgangssignale mittels der Leitung 7 dem digitalen elektrischen Teil der Messzentralen zugeführt werden. Als Endauswertungseinrichtung dient z. B. das pneumatische digitale Anzeigegerät 8, das durch die aus dem Dekoder 4 zugeführte pneumatische Information in eine dekadische Zahl, die aus arabischen, sichtbar gebildeten Zahlen zusammengestellt sind, welche aus Segmenten oder aus vollständigen Symbolen einer beliebigen Form gebildet sind.
Bei einer andern Ausführung ist die Endauswertungseinrichtung eine Druckeinrichtung 9, für die das pneumatische digitale Signal aus dem Dekoder 4 im pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzer 10 auf ein digitales elektrisches Signal über- führt wird ; gegebenenfalls kann an den Ausgang des pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzers 10 eine bei elektrischen Messzentralen bekannte beliebige Einrichtung angeschlossen werden, z. B. ein elektrisches digitales Anzeigegerät 11.
Die Endauswertungseinrichtungen können je nach Bedarf, wie als Beispiel für die Druckeinrichtung 9 (die Leitung ist gestrichelt) angedeutet, an die Synchronisiereinrichtung 12 angeschlossen werden, die den zirkulären Zyklus der Messstellen oder die MessstellenwähLeinrichtung 13 synchronisiert, mit Hilfe des die zu messende Stelle gewählt werden kann, die verfolgt werden soll. In der Regel schliesst die Messstellenwähleinrichtung die Messsignale an das digitale Anzeigegerät an. Zum Signalisieren der Grenzzustände benutzt man pneumatisch-analoge Signale, zu deren Leitung 1 parallel pneumatischelektrische oder pneumatisch-pneumatische Anzeiger der Grenzwerte 14 angeschlossen werden.
Das Ausgangssignal aus dem Signalisator betätigt die akustische Einrichtung 15, das Lichtsignal 16 oder die Einrichtung für die Anzeige der Störgrössen in den Endauswertungseinrichtungen. In Fig. 1 wird mittels der Leitung 17 dieDruckeinrichtung 9 an den Signalisator 14 angeschlossen. In Fig. 2 ist ein Beispiel des Umschalters der Messstellen dargestellt, der aus Betätigungsventilen 18,19 des Systems der pneumatischen Kanäle 20, des pneumatischen Verstärkers 21 besteht.
Die elektrischen oder pneumatischen Betätigungseinheiten 18 öffnen oder schliessen die Mündung 19 der Kanäle 20 für die Zuführung der einzelnen pneumatischen Messsignale aus der Leitung 1. Bei Verbindung des entsprechenden Kanals 1 mit dem Zuführungskanal 20 wirkt auf die Membrane 28 des pneumatischen Verstärkers 21 ein dem gemessenen Signal proportionaler Druck.
Von der andem Seite der Membrane 22 wirkt der Druck der Luft des Ausgangssignals 23 aus dem Umschalter, der denselben Wert wie das gemessene Signal hat, jedoch verstärkt durch den Verstär- ker 20, was die Luftmenge anbelangt.
In Fig. 3 ist ein schematisches Beispiel des Analog-Digitalumsetzers dargestellt, bestehend aus
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einem pneumatischen Kompensations-Servomotor 24, einer Kodierscheibe 25, aus einem Satz von Einlassdüsen 26 und Abtastdüsen 27. Der pneumatische Servomotor dreht seine Ausgangswelle dem analogen Eingangssignal in der Rohrleitung 28 proportional im Bereich von 0,2 bis 1, 0 kp/cm2 an.
Auf der Ausgangswelle ist die Kodierscheibe 25 mit gelochtem Binärkode befestigt, die der Winkelabweichung entspricht. Die Kodierscheibe überdeckt die pneumatischen Einlasskanäle 26 so, dass in den Satz von Abtastkanälen 27 die pneumatischen diskreten Signale gemäss dem entsprechenden Binärkode durchgelassen werden.
Die pneumatischen Dekoder sind aus pneumatischen logischen Miniaturelementen gebaut, welche
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geschaltet sind.
Der pneumatisch-elektrische Umsetzer besteht aus einem Satz von pneumatisch-elektrischen Kon- takten, die aus einer pneumatischen Betätigungseinrichtung, z. B. einer Membrane und einem elektri- schen Momentschalter gebildet werden.
Die komplexe Automatisierung von chemischen Betrieben erfordert für den Zweck der Steuerung, der Bilanz, der Statistik u. ähnl. das Speichern einer immer grösseren Anzahl von zu messenden Grössen.
Die bisherige Art des Speichers von Wertangaben der zu messenden Grössen mit Hilfe klassischer Registriergeräte (linien-und punktartig registrierende Geräte) ist bei der grossen Zahl der Messangaben ungeeignet, erfordert sehr viel Registriergeräte, wodurch die Dimensionen der Schalttafeln anwachsen. Dadurch wird die Schalttafel unübersichtlich und die Steuerung des Betriebes, was die Bedienung anbelangt, sehr anspruchsvoll. Auch wird die Auswertung der Angaben von klassischen Registriergeräten bei der gro- ssen Zahl von Angaben praktisch unmöglich. Nachdem in chemischen u. ähnl. Betrieben überwiegend pneumatische Regelsysteme benutzt werden, ergab sich daraus die Notwendigkeit, Einrichtungen zu erzeugen, die in der erfindungsgemässen Schaltung das Speichern der Wertangaben der pneumatischen Signale ausführen können.
Durch die erfindungsgemässe Einrichtung erzielt man ein direktes Ersparnis der Zahl von klassischen Registriergeräten, ein wesentliches Verringern der Dimensionen der Schalttafel, das Ausscheiden der analog-pneumatisch-elektrischen Umsetzer mit Verstärkern, eine Vereinfachung der Steuerung und der Bedienung des Betriebes und es wird die Anschaltung von Regelkreisen an Rechenmaschinen ermöglicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Speicherung von Wertangaben pneumatischer Messsignale, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Eingangskanäle (1) mit pneumatischen einheitlichen Analogsignalen an einem pneumatischen Umschalter (2) von Messstellen angeschlossen sind, dessen Ausgangskanal mit einem pneumatischen Analog-Digitalumsetzer (3) verbunden ist, dass die Ausgangskanäle des Umsetzers (3) mit pneumatischen Zweiwertsignalen in einem Zweig an pneumatische Dekoder (4) und Speicher (5) angeschlossen sind, wobei die Ausgangskanäle des Dekoders einesteils mit einem pneumatischen digitalen Anzeigegerät (8), andemteils mit pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzern (10) und durch dieselben mit einer elektrischen Endauswertungseinrichtung (9,11)
verbunden sind und dass im andern Zweig die Ausgangskanäle des Umsetzers (3) an die pneumatisch-elektrischen Zweiwertumsetzer (6) angeschlossen sind.