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Für grössere Flüssigkeits- oder Druckluftversorgungsanlagen, z. B. Ortswassernetze oder Druckluftversorgungen werden meist mehrere Speiseeinheiten (Pumpen, Kompressoren) verwendet, die je nach dem Verbrauch einzeln zu- oder abgeschaltet werden. Die Steuerung der einzelnen Einheiten kann vom Verbrauch abhängig erfolgen (Mengenregelung). Der Nachteil dieser Steuerung ist die Kompliziertheit des Mengengebergerätes und der ständige Leistungsverlust durch den Geber. Man hat daher die Mengenmessung durch Druckmessungen ersetzt, wobei der Druck im Versorgungsnetz möglichst konstant sein soll bzw. bei steigendem Verbrauch steigen soll, damit die Druckverluste im Netz ausgeglichen werden. Dieser Forderung kommt die bekannte Gleichdruckschaltung oder Grenzdruck-Zeitschaltung am nächsten.
Das Druckregelgerät für die Gleichdruckschaltung hat die folgende Funktion zu erfüllen : Bei steigendem Verbrauch fällt der Netzdruck.
Daher müssen Speiseeinheiten zugeschaltet werden, bis Gleichgewicht zwischen Verbrauch und Förderstrom herrscht. Bei fallendem Verbrauch müssen Speiseeinheiten abgeschaltet werden.
Durch die franz. Patentschrift Nr. 1. 587. 878 ist eine Druckluftzentrale mit einer Mehrzahl von Kompressoren, die von zwei Druckwertgebern gesteuert werden, bekanntgeworden. Der eine Druckwertgeber steuert eine Gruppe der Kompressoren gemeinsam, während der zweite (Hilfs-) Druckwertgeber die jeweils andere Gruppe der Kompressoren im Falle extremen Druckrückganges oder bei Ausfall eines der Kompressoren der ersten Gruppe zuschaltet und steuert. Um bei fortlaufenden Betrieb der Anlage die Kompressoren und ihre Steuerschaltungen gleichmässig auszunutzen, ist ein Schieberegister vorgesehen, welches die Zuteilung einzelner Kompressoren zu den genannten Teilgruppen in entsprechenden Zeiträumen ändert.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Druckregelgerätes der eingangs genannten Art, welches die laufende Überwachung des Zustandes einer Flüssigkeits- oder Druckluftversorgungsanlage unter Verwendung ausschliesslich elektronischer Schaltungs-Bauelemente bzw. Schaltungen in integrierter Bauweise durchführt, und sich demnach durch Sparsamkeit an Betriebsenergie, Raumbedarf und Herstellungskosten auszeichnet, und überdies gegen Fehlschaltungen durch hochfrequente Spannungsspitzen aus dem Elektrizitäts-Versorgungsnetz gesichert ist.
Erfindungsgemäss ist ein Druckregelgerät für Flüssigkeits- oder Druckluftversorgungsanlagen mit mehreren Speiseeinheiten, die nach Massgabe der Stellung wenigstens eines elektrischen Druckwertgebers zu- oder abschaltbar sind, wobei ein einen Vorwärts- und einen Rückwärts-Schiebeeingang aufweisendes Schieberegister vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ausgänge der einzelnen Stufen des Schieberegisters je die Steuerschaltungen einer der die Versorgungsanlage mit Flüssigkeit oder Luft versorgenden Speiseeinheiten angeschlossen sind und ein Impulsgeber mittels je eines von zwei durch den Druckwertgeber in je einer vorbestimmten Grenzstellung geschlossenen Schalters an den Vorwärts- bzw. Rückwärtsschiebeeingang des Schieberegisters anschaltbar ist.
Die Versorgung des Druckregelgerätes mit erforderlichen Betriebsspannungen erfolgt durch einen Transformator mit Gleichrichter und elektronischer Spannungsregelung, die jede Spannungsschwankung sowie hochfrequente Spannungsspitzen aus dem Netz verhindert. Die Steuerung dieser mit Gleichstrom versorgten integrierten Schaltungselemente erfolgt jedoch durch Wechselstrom. Um den Wechselstrom für die Steuerung brauchbar zu machen, wird die Sinusform durch Schmitt-Trigger in Rechteckform umgewandelt. Die Rechteckimpulsfolgen werden zwei Dekadenzählem zugeführt und dadurch gedehnt bzw. untersetzt. Wird vom Druckwertgeber (z. B. Kontaktmanometer) ein Signal gegeben, dann beginnt der jeweils angesprochene Dekadenzähler zu zählen und stösst einen nachfolgend geschalteten monostabilen Multivibrator an. Dieses Signal wird zu einem Schieberegister weitergeleitet.
Dadurch wird ein Relais angeregt (Rechtsschiebesignal) oder entregt (Linksschiebesignal) und eine Einheit zu- oder abgeschaltet.
Um mehrere Einheiten hintereinander ein- oder auszuschalten und zu verhindern, dass zwei oder mehrere Einheiten gleichzeitig geschaltet werden, gibt jeder Multivibrator nur jeweils einen Impuls an das Schieberegister weiter und sperrt alle Impulse für eine vorgegebene Verzögerungszeit. Der nächste Schaltimpuls kann erst nach der Verzögerungszeit des jeweiligen Multivibrators erfolgen. Erfolgt der erste Impuls nach Stillstand aller Einheiten, dann wird die erste Einheit sofort zugeschaltet. Jeder weitere Impuls ist im Multivibrator während der Verzögerungszeit gesperrt. Ist der Druckwertgeber nach der Verzögerungszeit geschlossen, erfolgt ein weiterer Impuls, der über das Schieberegister die nächste Einheit zuschaltet. Ist der Druckwertgeber offen, dann bleibt der bisherige Zustand erhalten.
Erfolgt nach der Verzögerungszeit wieder ein Impuls, wird die nächste Einheit sofort zugeschaltet bzw. die letzte Einheit sofort abgeschaltet.
An Hand der ein Blockschaltbild eines Druckregelgerätes nach der Erfindung darstellenden Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben.
Die Schaltung umfasst zwei Dekadenzähler--l und 2--, zwei monostabile, sich selbst für eine vorbestimmte Verzögerungszeit sperrende Multivibratoren--3 und 4--und ein vor-und rückwärts schaltbares Schieberegister--5--.
Die zu steuernden Speiseaggregate sind in der Zeichnung nicht dargestellt, jedoch sind die zu ihnen führenden Steuerausgänge, rechts im Schaltbild mit--100, 200,300 und 400--bezeichnet. In jeder der zu diesen Steuerausgängen führenden Steuerleitungen befindet sich ein Inverter --102, 202,302, 402--, ein optoelektrischer Koppler-101, 201,301 bzw. 401--, wobei die Inverter Hilfselemente sind, welche zu
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Schalteinheiten--6--zusammengefasst sein können. Die optoelektrischen Koppler bestehen, wie bekannt, je aus einer Photodiode und einem Phototransistor, die miteinander optisch gekoppelt sind.
Die also je einen Inverter und einen optoelektrischen Koppler enthaltenden Steuerkreise sind an die Ausgänge --10', 11', 12', 13'--der einzelnen Zellen des Schieberegisters (Block mit angeschaltet, und es sind verständlicher Weise ebenso viele Registerzellen vorhanden, als Speiseeinheiten anzusteuern sind.
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sowie eine Reihe weiterer Eingänge, die dem internen Betrieb des Registers dienen und hier nicht weiters interessieren.
Die beiden Schalteingänge--19 und 18--des Schieberegisters sind je mit dem Ausgang--Q--eines der Multivibratoren--3 und 4--verbunden, so dass also der Multivibrator --3-- für die Vorwärts- und der
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--4-- fürImpulsgebers--7--, z. B. eines Schmitt-Triggers, verbunden. Der Eingang dieses Impulsgebers liegt über einen Gleichrichter-Gli-an einer Wechselspannung von z. B. 2, 8 V an. An Steuereingängen --14-- der Zähler - l und 2--sind Schalterkontakte-8 und 9--eines Druckwertgebers--A--angelegt, die z.
B. die Kontakte eines Manometers sein können, u. zw. entspricht der Kontakt--8--dem unteren Grenzwert des im Versorgungssystem herrschenden Druckes, bei dem Speiseeinheiten zugeschaltet werden sollen, und der Kontakt --9-- dem oberen Grenzwert des Druckes, bei dem Speiseeinheiten abgeschaltet werden müssen. Verschiedene Leitungsverbindungen vervollständigen die Schaltung ; ein näheres Eingehen auf diese ist für das weitere Verständnis der Schaltung jedoch nicht notwendig.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung ist nun folgende :
Zunächst sei angenommen, dass das zu steuernde Versorgungssystem sich im Ruhezustand befindet, d. h. zum Startzeitpunkt keine Flüssigkeitsentnahme stattfindet, also auch keine Zufuhr notwendig ist. Die Regelschaltung sei eingeschaltet, d. h. die Betriebsspannungsquelle +12, +5 V und die Wechselspannung -2, 8 V angelegt. In diesem Zustand richtet der Gleichrichter--Gli-die Wechselspannung gleich und die Halbwellen gelangen an den Impulsgeber--7--, der sie in Rechteckimpulse umformt. Diese Impulse liegen an den Steuereingängen der Zähler--l und 2--an, werden jedoch nicht gezählt, weil die Zähler durch eine am Steuereingang--14--anliegende Spannung von +5 V gesperrt sind.
Die Zähler dienen dazu, die aus der Wechselspannung von normal 50 Hz gewonnenen Impulsfolgen zu teilen, um zu brauchbaren Steuerimpulsen zu kommen.
Wird nun dem Versorgungssystem Flüssigkeit entnommen, so sinkt in ihm der Druck, und wenn er den vorgegebenen Mindestwert erreicht, schliesst der Kontakt--8--, was den Sperreingang--14--des Zählers - 1-- auf Nullpotential legt und den Zähler entsperrt. Dieser Zähler beginnt also die vom Impulsgeber --7-- einlaufenden Rechteckimpulse zu zählen. Sobald der Zähler gefüllt ist, erscheint an seinem Ausgang - ein Ausgangsimpuls, der den Multivibrator--3--anstösst und an seinem Ausgang einen Impuls
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Schieberegisters--5--gelangt.Steuerausgang--100--geht und in der Folge, z. B. über ein Relais die erste Speiseeinheit anwirft.
Während dieses Vorganges laufen, unter der Voraussetzung, dass der Schalterkontakt --8-- weiterhin geschlossen bleibt, weitere Rechteckimpulse in den Zähler--l-ein, jedoch können vorläufig noch auftretende Ausgangsimpulse des Zählers den Multivibrator --3-- nicht anstossen, weil er-wie obenstehend vorausgesetzt-eine bestimmte Verzögerungszeit besitzt. Diese Verzögerungszeit hat also den Zweck, die Weitergabe eines zweiten Steuerimpulses und damit die Zuschaltung einer Speiseeinheit für einen bestimmten Zeitraum (die Verzögerungszeit des Multivibrators) zu verhindern. Auf diese Weise wird-wie noch zu erkennen sein wird-ein zu häufiges Schalten der ganzen Anordnung verhindert bzw. dem Versorgungssystem Zeit gelassen, sich auf neue Versorgungsverhältnisse einzustellen.
Besitzt die Flüssigkeitsentnahme aus dem Versorgungssystem steigende Tendenz, d. h. reicht die Zufuhr zur Druckanhebung nicht aus, so führt ein nächster über den Multivibrator --3-- laufender Zählerausgang zur Weiterschaltung des Schieberegisters auf die zweite Zelle, so dass über den Ausgang wie vorhin ausgeführt, nun die zweite Speiseeinheit--200--in Betrieb gesetzt wurde.
Diese Vorgangsweise kann sich bei steigender Entnahme fortsetzen, bis auch die letzte Speiseeinheit zugeschaltet wurde. Steigt aber der Druck im Versorgungssystem an, so öffnet der Schalterkontakt--8--und es bleibt beim Betrieb der bis dahin eingeschalteten Speiseeinheiten. Wird nun der Schalterkontakt--9--, der dem oberen Druckwert zugeordnet ist seinerseits geschlossen, d. h. wenn die Zufuhr die Entnahme übersteigt, so setzt dieser Zustand nun in der gleichen Weise den Zähler--2--in Tätigkeit, dessen Ausgang jedoch über den Multivibrator --4-- an den Rückwärts-Schiebeeingang --18-- des Registers --5-- geht und nun der Reihe nach die Ausgänge löscht und damit ebenfalls der Reihe nach die eingeschalteten Speiseeinheiten abschaltet.
Sind nach Anlaufen der Schaltung zufolge eines stationären Zustandes im Versorgungssystem beide
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Schalterkontakte-8, 9-geöffnet, so bleibt, wie gesagt, der zuletzt vorhandene Zustand des Schieberegisters aufrecht, und das System wird durch die dann eingeschalteten Speisesysteme stationär versorgt. Das erfindungsgemässe System überwacht also laufend den Zustand des Versorgungssystems und sorgt dafür, dass in ihm der vorgeschriebene Druck in den gewählten Grenzen erhalten bleibt, d. h. die angeschlossenen Verbraucher gleichmässig versorgt werden.
Da das Zu-und Abschalten von Speiseeinheiten zu Spannungsstössen führen kann, die auch über die Steuerausgänge --100, 200-- usw. auf die Regelschaltung rückwirken können, werden in die Steuerleitungen die erwähnten optoelektrischen Koppler--101 bis 401--eingefügt, die in bekannter Weise solche Rückwirkungen sperren. Diese Massnahme im Verein mit den verzögerten Multivibratoren ergibt eine hohe Sicherheit der Regel- bzw. Steuerschaltung gegen Fehlimpulse von aussen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Druckregelgerät für Flüssigkeits- oder Druckluftversorgungsanlagen mit mehreren Speiseeinheiten, die nach Massgabe der Stellung wenigstens eines elektrischen Druckwertgebers zu- oder abschaltbar sind, wobei ein einen Vorwärts- und einen Rückwärts-Schiebeeingang aufweisendes Schieberegister vorgesehen ist,
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Schieberegisters (5) je die Steuerschaltungen einer der die Versorgungsanlage mit Flüssigkeit oder Luft versorgenden Speiseeinheiten angeschlossen sind und ein Impulsgeber (7) mittels je eines von zwei durch den Druckwertgeber (A) in je einer vorbestimmten Grenzstellung geschlossenen Schalters (8,9) an den Vorwärtsbzw. Rückwärtsschiebeeingang des Schieberegisters anschaltbar ist.
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