DD269700A1 - Elektronischer sollwertgeber - Google Patents

Abstract

Der erfindungsgemaesse elektronische Sollwertgeber stellt eine mikroelektronische Steuerungsbaugruppe fuer die Mess-, Steuer- und Regelungstechnik dar, die eine bestimmte Schaltungsanordnung, bestehend aus Eingangsteil, Startlogik, Muttergenerator, Reset-Erzeugung, Zaehler, Stopplogik, D/A-Wandler, Intergrationsglied, Ausgangsteil und Anzeigebaugruppe gekennzeichnet ist. Der elektronische Sollwertgeber ist mit modernen mikroelektronischen Bauelementen aufgebaut. Die unmittelbare technische Wirkung der Erfindung besteht darin, dass sie eine analoge Ausgangsgroesse zur Verfuegung stellt, die digital einstellbar ist. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die hier vorgestellte Erfindung „Elektronischer Sollwertgeber" ist in meß-, Steuer- und regelungstechnischen Anlagen überall dort einsetzbar, wo mittels elekt. onischer Impulse bzw. einer Spannung ein analoger Soliweit zur Steuerung von elektronischen Anlagen oder Baugruppen zur Verfugung stehen muß und kann somit als Potentiometer eingesetzt werden, vorzugsweise wird es in den Steuerungsbaugruppen der Anlagen zur Herstellung von Glasfaservlies verwendet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Bereitstellung eines Sollwertes gibt es verschiedene Möglichkeiten.

So beschreibt beispielsweise die OE-OS 3217772 einen elektrischen Sollwertgeber in Form eines aus diskreten Widerständen (R 1...RN) aufgebauten Spannungsteilers, an dem über magnetisch betätigbare Schutzgasschaltkontakte, Teilspannungen abgicitbcrsirid.

Ein wc terer Sollwertgeber für Antriebssteuerungen wird im DE-OS 3003138 beschrieben. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß der Soll verigeber am Antrieb als abnehmbare Einheit angebracht ist.

Geber und Antrieb sind mechanische Bauteile.

Ein bekannter digitaler Sollwertgeber ist im DD-WP 139982 beschrieben. Die dort beschriebene Erfindung betrifft einen digitalen Sollwertgeber zur mehrfachen Kombination von Regelkreisen. Bei denen der Ist-Wert als elektrischer Meßwert darstellbar ist und das Stellglied direkt oder indirekt elektrisch gesteuert werden kann. Bei dieser bekannten Lösung wird ein im Digitalcode vorliegender Istwert dem Sollwertgeber zugeführt.

Der digitale Sollwertgeber ist somit nicht in der Lage, selbständig zu arbeiten und nur an digitale Systeme anschließbar.

Die Nachteile der hier aufgeführten Lösungen bestehen im mechanischen Verschleiß durch Drehbewegung (bei mechanischen Potentiometern), in der externen Zuführung der Referenzspannung, und in der bedingten Geschwindigkeitswahl. Ein weiterer Nachteil der oben aufgeführten Lösungen besteht darin, daß diese Sollwertgeber nur in manchen Steuerungen einsetzbar sind, da Synchronmotoren nur für bestimmte Spannungen erhältlich sind. (Am häufigsten 24V WS und 220V WS) Somit müssen moderne mikroelektronische Steuerungen mit einem zusätzlichen Leistungsteil ausgestattet werden, daß meist recht umfangreich aufgebaut ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die bisher existierenden mechanischen oder elektromechanischen Sollwertgeber durch ein vollkomkatibles, digitales System zu ersetzen und dadurch eine erhebliche Kosteneinsparung zu erzielen.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die ,Aufgabe zugrunde, einen digitalen Sollwertgeber zu schaffen, der durch Anlegen einer Spannung den digitalen Sollwert erhönt bzw. erniedrigt und der entsprechend des Digitalcodes in einer Analogspannung zur Verfugung gestellt wird, wobei diese Analogspannung digital eingrenzbar sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Verknüpfung folgender hier näher erläuterter Baugruppen gelöst.

Der elektronische Sollwertgeber zum Erzeugen einer analogen Ausgangsgröße in Form einer elektrischen Spannung wird durch die Kombination der Startlogik mit der Baugruppe für manuellen Hoch-Rücklauf, dem Eingangsteil, der Resetlogik, dem Muttergenerator und der Grenzwertprogrammierung, der Verknüpfung von Muttergenerator mit dem BCD/Dezimalzähler, dem BCD/Hexadezimalzähler und der Verknüpfung von BCD/Dezimalzähler und BCD/Hexadezimalzähler mit dem Anzeigedecoder, dem Wahlschalter, dem D/A-Wandler, dem Integrationsglied, der Stoplogik und der Grenzwertprogrammierung gekennzeichnet.

Der elektronische Sollwertgeber ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung mittels eines durch .

DIL-Schalter einstellbaren Digitalcodes begrenzt werden kann, wobei diese Ausgang?spannung in Schritten in einem von der Referenzspannungsquelle abhängigen Bereich, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 10V einstellbar ist und kann sowohl negativ als auch positiv gewählt werden.

Der elektronische Sollwertgeber ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlegen einer Steuerspannung an den Hochlaufeingang sich der Zählerstand erhöht bzw. bei Anlegen der Steuerspannung an den Rücklaufeingang erniedrigt.

Diese Steuerspannung kann vorzugsweise im Bereich von 1,5V...220V liegen und sowohl Gleich- als auch Wechselspannung darstellen.

Die Hoch- bzw. Rücklaufgeschwindigkeit und somit die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgröße kann stufenlos eingestellt werden.

Der elektronische Sol'wertgeber ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß beim Erreichen des Zählerstandes „000" eine automatische Rücklaufsperre aktiv wird.

Der elektronische Sollwertgeber ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Bauelemente auf kupferkaschiertem Basismaterial (nachfolgend Leiterplatte genannt) untergebracht sind. Der erfindungsgemäße elektronische Sollwertgeber besteht aus je einer Trägerleiterplatte, Deckleiterplatte und einer AnzeigeleKerplatte, wobei Träger- und Deckleiterplatte horizontal übereinander, durch Steckverbinder verbunden, angeordnet sind. Die Anzeigeleiterplatte ist vertikal mittels Lötkamm mit der Trägerleiterplatte verbunden. Die Trägerleiterplatte ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Baugruppen: Eingangsteil, Baugruppe für manuelle Hoch-Rücklauf, Startlogik, Resetlogik, Muttergenerator, Ausgangsteil BCD/Dezimal-Zähler und Anzeigebaugruppe auf ihr befinden. Außerdem befinden sich auf der Trägerlaiterplatte die Anschlußstifte für die Stromversorgung, die Steuerspannung und die Analogausgangsspannupg.

Die Deckleiterplatte wird mittels Steckverbinder auf die Trägerleiterplatte gesteckt. Stromversorgung, die Zuführung des Resetimpulses zum BCD/Hexadezimalzähler und die Zählimpulse sowie die Verbindung zwischen D/A-Wandler und Ausgangsteil werden somit realisiert. Außerdem enthält die Trägerleiterplatte den Lötkamm, über welchem die Anzeige mit der Anzeigebaugruppe verbunden ist.

Die Deckleiterplatte vereint den B(.D/Hexadezimalzähler, die Grenzwertprogrammierung, die Stoplogik, den D/A-Wandler, die Integrationsstufe, sowie den Wahlschalter. Die Anzeigebaugruppe enthält die Anzeigeelemente sowie die Mikroschalter für manuellen Hoch- bzw. Rücklauf, die mittels Lötkamm vertikal an die Trägerleiterplatte angelötet ist. Die Vorteile des elektronischen Sollwertgebers bestehen in der internen Referenzspannungssrzeugung, in der hohen Genauigkeit durch

vollständig digitale Verarbeitung, in der Grenzwertprogrammierung, in der Servicefreundlichkeit durch steckbare, gut zugängliche Leiterplatten und in der gut sichtbaren Digitalanzeige. Außerdem ist es im Vergleich zu mechanischen Sollwertgebern völlig wartungsfrei, da es keine mechanischen Baugruppen enthält.

Ausführungsbeispiele

Der erfindungsgemäße elektronische Sollwertgeber wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei im einzelnen:

Fig. 1: Blockschema des elektronischen Sollwertgebers Fig. 2: Schaltungstechnischer Teil des elektronischen Sollwertgebers

Das Eingangsteil 1 des elektronischen Sollwertgebers 15 besteht aus den Baugruppen Entkoppelstufe und Pegelerzeugung. Die galvanische Trennung der Entkoppelstufe erfüllt den Zweck der Potentialtrennung zwischen angelegter Steuerspannung und Pegelformung. Die Höhe der Spannung ist frei wählbar und umfaßt einen Bereich von 1,5V...220V und kann sowohl Gleichspannung als auch Wechselspannung darstellen. Je nachdem, an welcher Entkoppelungsstufe die Steuerspannung angelegt wird, erzeugt die Pegelerzeugungsstufe ein logisches Signal das in der Startlogik 3 weiter verarbeitet wird. Die Startlogik 3 kann sowohl manuell als auch automatisch, d. h. durch das Eingangsteil 1 gestartet werden. So erzeugt sie den Reset-Impuls beim Anlegen der Betriebsspannungen U1-U3 an den Sollwertgeber 15, welcher beide Zähler in einen definierten Anfangszustand setzt. Weiterhin wertet die Startlogik 3 die von der Stoplogik 9 anliegenden Pegel aus und liefert das Gültigkeitssignal für den Muttergenerator 5. Das Gültigkeitssignal wird durch einen durch das Eingangsteil 1 bereitgestellten Digitalcodo gebildet. Es stellt das Freigabe-Signal für den Muttergenerator 5 dar. Der Muttergenerator besteht aus 2 freischwingenden voneinander unabhängig arbeitenden, mit logischen Gattern aufgebauten Oszillatoren im Tastverhältnis 1:1. Ihre Frequenz ist im Bereich von vorzugsweise 1 bis 60 Hertz stufenlos einstellbar und legt somit dieVeränderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgröße UDAU fest Liegt das Gültigkeitssignal an, und ist die Änderungsrichtung der Ausgangsgröße UDAU festgelegt, wird eine Impulsfolge ausgekoppelt, an eine Impulsformung weitergeleitet und ein Tastverhältnis erzeugt, das kurze Nadelimpulse freigibt. Diese gelangen dann an den durch die Hoch-/Rücklaufselektion festgelegten Zählereingang 6 und 7. Die vom Muttergenerator kommende Impulsfolge erregt einen der Zähler 6 oder 7 so, daß bei jedem Impuls der Stand des Zählers 6 oder 7 um 1 addiert bzw. subtrahiert wird. Der BCD/Dezimalzähler 6 kann max. bis zu dem Wert 1999 zählen. Er Ist mit dem BCD-Hexadezimalzähler 7 so verbunden, daß beide synchron zählen. Der BCD/ Dezimalzähler 6 zeigt den aktuellen Hoxa-Stand dezimal an.

Da der D/A-Wandler 11 eine hexadezimale Zahlenkombination benötigt muß ein Zähler zur Verfügung stehen, der hexadezimale Zahlenwerte liefert. Er ist in der Lage, bis „FFF" zu zählen. Außerdem liefert er einen für die Stoplogik 9 verwendbaren Vergleichscode.

Dia Grenzwertprogrammierung 8 hat die Aufgabe, eine Zahlenfolge als Höchststandzahl festzulegen. Sie arbeitet auf einer Breite von maximal 12 Bl.' Ist ein Vergleich zwischen dem hexadezimalen und programmieren Grenzwert abgeschlossen, wird die Startlogik 3 reakiviert, der Muttergenerator 5 gesperrt und der Zählvorgang somit gestoppt. Die Stoplogik 9 besitzt die Aufgabe, bei Neustart oder beim Erreichen dos Zählerstandes „000" ein Rückwärtszählen beider Zähler 6,7 zu verhindern. Der D/AWandler 11 hat eine Verarbeitungsbreite von maximal 12 BIT. Er enthält eine Eingangsstufe zur Anpassung der Pegelverhältnisse der Stouerungslogik an die Pegelverhältnisse des D/A-Wandlers 11. Weiterhin enthalt er einen Ausgangsverstärker, der das D/A-Signal soweit verstärkt, daß eine verarbeitbare Spannung entsteh». Jas Integrationsglied 12 glättet die D/A-Spannung UDAU und leitet sie an das Ausgangsteil 14 weiter. Das Ausgangsteil 14 besteht aus Inverter und Integrationsglied. Der Inverter kann wahlweise zugeschaltet werden und liefert so wahlweise eine positive oder negative Ausgangsgröße. Die Anzeigenbaugruppe 10 besteht aus einer 4stelligen Ziffernanzeige und dem dazugehörigen Decoder. Durch den Wahlschalter 13 kann entweder der direkte Ausgangsspannungswert UDAU oder eine gewählte Konstante angezeigt werden.

Claims (5)

1. Elektronischer Sollwertgeber zur Erzeugung einer analogen Ausgangsgröße in Form einer elektrischen Spannung, gekennzeichnet durch die Versclultung von Eingangsteil (1), Baugruppe für manuellen Hoh-Rücklauf (2), Startlogik (3), Resetlogik (4), Muttergenerator (5), BCD/Dezimal-Zähier (6), BCD-Hexadezimal-Zähler (7), Grenzwertprogrammierung (9), Stoplogik (8), Anzeigebaugruppe (10), D/A-Wandler (11), Integrationsstufe (12), Wahlschalter (13) und Ausgangsteil (14).

2. Elektronischer Sollwertgeber nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startlogik (3) so mit dem Eingangsteil (1), der Resetlogik (4), der Baugruppe für manuellen Hochlauf bzw. Rücklauf (2), der Stoplogik (8) und der Grenzwertprogrammierung (9) verbunden ist, daß bei Anlegen der Steuerspannung an den Hochlaufeingang (HL) die Startlogik (3) in positive Richtung aktiviert wird, bei Anlegung der Steuerspannung an den Rücklaufeingar.g (RL) die Startlogik (3) in negative. Richtung aktiviert wird und nur ein Gültigkeitssignai an den Muttergenerator (5) freigegeben wird, nachdem der Resotimpuls von der Resetlogik (4) gebildet ist, das Freigabesignal der Baugruppe für manuellen Hochlauf/Rücklauf (2) in der Startlogik (3) ausgewertet ist und das Bereitschaftssigna; von der Stoplogik (8) und der Grenzwertprogrammierung (9) die Startlogik (3) freigegeben hat und daß der Muttergenerator (5) so mit dem BCD/Dezimalzähler (6), dem BCD/Hexadezimalzähler (7), der Stoplogik (9), der Grenzwertprogrammierung (8), dem D/A-Wandler (11), der Intergrationsstufe (12) der Anzeigebaugruppe (10) und dem Wahlschalter (13) verbunden ist, daß bei Vorhandensein des Gültigkeitssignales von der Startlogik (3) der Muttergenerator (5) solange Zählimpulse an durch das Gültigkeitssignal festgelegten Zähleingang des BCD/Dezimalzählers (6) und des BCD/Hexadezimalzähler (7) liefert und durch den Anzeigedecoder der Anzeigebaugruppe (10) in Dezimalziffern umwandelt und bei Programmierung des Wahlschalters (13) auf das dezimale Anzeigen des hexadezimalen Zählerstandes anzeigt, bis der vom BCD/Hexadezjmalzähler (7) gelieferte hexadezimale Zählerstand, der an den D/A-Wandler (11) weitergeleitet wird und in eine Analogspannung (UDAU) umgewandelt wird, diese Analogspannung (UDAU) im Integrationsglied (12) geglättet und in ihrer Polarität festgelegt wird, den durch die Grenzwertprogrammierung (9) eingestellten Zählerstand erreicht hat, oder der Zählerstand ,000' ist und die Rücklaufrichtung durch die Steusrspannung festgelegt ist, ein logisches Signal an die Startlogik (3) freigibt, und somit die Startlogik (3) das Gültigkeitssignal sperrt, der Muttergenerator (5) reaktiviert wird und die Ausgangsspannung (UDAU) den momentan erreichten, durch die Anzeige erkennbaren Wert bis zum nächsten Gültigkeitssignal beibehält.

3. Elektronischer Sollwertgeber nach Punkt 1+2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus vorzugsweise 3 miteinander durch -Steckveioinder verbundenen Leiterplatten besteht und daß das Eingangsteil die Baugruppe für manuellen Hoch/Rücklauf (2), die Startlogik (3), die Resetlogik (4), der Muttergenerator (5), der BCD/Dezimalzähler (6), die Anzeigebaugruppe (10) und das Ausgangsteil (14) auf der Trägerleiterplatte, der BCD/Hexadezimalzähler (7), die Grenzwertprogrammierung (8), die Stoplogik (9), der D/A-Wandler (11), die Integrationsstufe (12) und der Wahlschalter (13) auf der Deckleiterplatte und die Anzeige auf einer vertikal angebrachten Leiterplatte sind.

4. Elektronischer Sollwertgeber nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Sollwert digital einstellbar ist.

5. Elektronischer Sollwertgeber nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seine Steuerung mit Wechsel- oder Gleichspannung im Bereich von vorzugsweise 1,5V bis 220V erfolgt.