DE1053827B - Programmgesteuerter Regler - Google Patents

Description

DEUTSCHES

KL.42r 3

INTERNAT. KL. G 05 b

PATENTAMT

H 23352 IX/42r

ANMEEDETAG: 21.MÄRZ1955

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 26. M Ä R Z 195 9

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Programmregler, der mit einem Steuerorgan, beispielsweise einer Zeitplanscheibe, arbeitet.

Es sind bereits Programmregler, beispielsweise bestehend aus einem Zeitplangeber und einem Fallbügelregler oder elektronischen Regler, bekannt, mit denen eine programmgesteuerte Regelung von Zustandsgrößen, ζ. B. Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Durchflußmenge und dergleichen, erzielt werden kann. Bei diesen Geräten gibt ein Steuerorgan, ζ. B. eine Zeitplanscheibe, Programmkurve oder ein Steuerband, eine kontinuierlich oder diskontinuierlich veränderliche Führungsgröße vor, die den Sollwert der Regelgröße steuert. Das Programm eines solchen Steuerorgans, also die Form einer Zeitplanscheibe etwa, bestimmt eindeutig die Programmfolge bzw. den Regelungsablauf dergestalt, daß beispielsweise die Werte 0 bis η der Führungsgröße von der Zeitplanscheibe durchlaufen werden. Bei einer bezüglich eines gewünschten Sollwertes» der Führungsgröße bzw. n' der Regelgröße symmetrischen Programmregelung ist das Steuerorgan, ζ. B. die Zeitplanscheibe, ebenfalls symmetrisch ausgebildet, so daß beim Weiterlauf der Scheibe nunmehr die Wertere bis 0 der Führungsgröße durchlaufen werden. Diesen Sachverhalt ver- anschaulichen Abb. 1 a bis 1 b.

In der Abb. 1 a wird eine für symmetrischen Zeitablauf der Regelung möglicherweise gebräuchliche Kurvenscheibe und der Regelungsverlauf als Diagramm: Führungsgröße über Zeit in Abb. Ib dargestellt.

Nun tritt aber in der Praxis, beispielsweise im Falle einer Temperaturregelung, vorzugsweise, wenn es sich um Untersuchungen von Stoffumwandlungen, die Erforschung von thermisch bedingten Hystereseerscheinungen oder um Formier-, Glüh- und Temperprozesse handelt, häufig die Forderung nach solchen symmetrischen Regelungsverläufen auf, bei denen sich die Führungsgröße in einem von Programm zu Programm verschieden großen Intervall 0 bis η bewegt. Dies erfordert aber bei den bisher bekannten Programmreglern für jedes hinsichtlich seines Maximalbzw. Grenzsollwertes n, n-\, n-2 usw. unterschiedliche Programm ein besonderes Steuerorgan, also η Zeitplanscheiben.

Demgegenüber geht die Erfindung von einem einzigen P'rogrammregelungsplan bzw. einem einzigen Steuerorgan aus und erzielt verschiedene Regelungsabläufe durch auf das Steuerorgan wirkende Mittel, die im Programmablauf nach Erreichen eines jeweils voreingestellten beliebigen Umkehrwertes (Grenzwert der Führungs- bzw. Regelgröße) selbsttätig die Wirkungsrichtung des Steuerorgans, z. B. die Drehrichtung einer Zeitplanscheibe, ändern, so daß jeweils der Programmgesteuerter Regler

Anmelder:

Dipl.-Ing. Jürgen Hildebrandt,

Unterhaching bei München,

Ter-Meer-Str. 37

Dipl.-Ing. Jürgen Hildebrandt, Unterhaching

bei München,
ist als Erfinder genannt worden

absteigende (symmetrische) Ast des Programms durchlaufen wird.

Man kann den Sachverhalt auch folgendermaßen formulieren: Das Programm, dargestellt durch das Diagramm: Führungsgröße über Zeit, läuft auch jenseits des »Umkehrwertes« weiter, während das Steuerorgan zurückläuft. Dies sei an Hand der Abb. 2 a und 2 b näher erläutert. Abb. 2 a bzw. 2 b zeigt eine Kurvenscheibe bzw. einen Verlauf des Zeitplans, der nur den aufsteigenden Ast benötigt. Von diesem ausgehend, können beliebig viele symmetrische Zeitplankurven durch Umkehrung der Laufrichtung der Kurvenscheibe an einem voreinstellbaren Wert erhalten werden. Darüber hinaus besteht erfindungsgemäß noch die Möglichkeit, durch Änderung der Geschwindigkeit des Programmablaufs, etwa durch ein stufenloses Wechselgetriebe, diese Kurven zu strecken bzw. zu stauchen. So kann man z. B. auch die Geschwindigkeit des Steuerorgans so wählen, daß die gesamte Zeitdauer des Programmablaufs unabhängig von der Lage des Umkehrwertes konstant bleibt. Man erhält dann die symmetrischen Kurven, die in Abb. 2 c dargestellt sind.

Die besten Erfahrungen mit einem solchen Programmregler liegen beispielsweise vor bei der thermodilatometrischen und röntgenographischen Untersuchung von *Festkörpereigenschaften. Hier zeigt sich in ganz besonderem Maße der Vorteil der kontinuierlichen Wählbarkeit und Voreinstellbarkeit des Umkehrwertes, hier also des maximalen Temperaturwertes, da die erforderlichen Temperaturbereiche jeweils in einem geschlossenen Kreislauf — programmgesteuerte Aufheizung — programmgesteuerte Abkühlung — bei jeweils veränderlichem Maximalwert der Temperatur, zu durchlaufen sind.

Durch die Kombination des neuen Reglers mit an sich bekannten Möglichkeiten der selbsttätigen Ab-

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schaltung bei einem beliebig einstellbaren Wert oder der beliebig langen Unterbrechung des normalen Programmablaufs entstehen weitere vorteilhafte Reglungsmöglichkeiten, wodurch man auch gewissen Besonderheiten gerecht werden kann, die in der Eigenart der zu untersuchenden oderzu behandelnden Substanz liegen.

Die Abb. 3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel eines erfmduhgsgemäßen Programmreglers in einer für Temperaturreglung geeigneten Form.

Abb. 3 zeigt den Programmregler schematisch als Ganzes, und Abb. 4 stellt den wesentlichsten Teil des Programmreglers im Grundriß dar.

1 ist der eigentliche Programm- oder Zeitplangeber, welcher infolge der Bewegung des variablen Kontaktes 2, des Potentiometers 3, das den veränderlichen Widerstand einer Gleichstrombrücke 4 bildet, in bekannter Weise im Zusammenwirken mit dem Fallbügelregler 5 die Heizleistung des Ofens 6 durch Ein- bzw. Ausschalten des Schützen 7 und damit des Heiztransformators 8 regelt. Dabei ist das Thermo-Element 9. das sich im Ofen 6 befindet und als Temperaturfühler dient, in Serie geschaltet mitdem als Nullinstrument dienenden Galvanometer 10 des Fallbügelreglers 5 und dem veränderlichen Teil des Potentiometers 3. Die durch die Bewegung der Zeitplan- (Programm-) Scheibe 11 vermittels mechanischer Übertragung verursachte, kontinuierlich veränderliche elektrische Spannung am Potentiometer 3, welche entsprechend der Ausarbeitung der Zeitplanscheibe 11 jeweils einem bestimmten Temperaturwert entspricht, wird durch die Thermosparinung des Thermo-Elementes 9 kompensiert, wenn. die Ofentemperatur gleich ist der durch die Zeitplanscheibe 11 vorgegebenen Temperatur. Die bereits erwähnte mechanische Übertragung, die als unwesentlich in den Abbildungen fortgelassen wurde, besteht etwa in einer Zahnstange, die, vom Profil der Zeitplanscheibe bewegt, ihre Bewegung vermittels eines Zahnrades dem Kontaktarm 2 des Potentiometers mitteilt. Weicht die Temperatur des Ofens 6 von der vorgegebenen Temperatur nach oben oder nach unten ab, so bewegt sich der Zeiger des Galvanometers 10 des Reglers 5 nach rechts bzw. nach links, und der durch einen Motor angetriebene Fallbügel des Reglers 5 bewirkt in bekannter Weise durch eine Ouecksilberschaltwippe 13 Ein- bzw. Ausschaltung des Schützen 7 und damit der Heizleistung.

Die außer dem Thermo-Element 9 mit dem Galvanometer 10 und dem variablen Teil des Potentiometers 3 in Serie geschalteten Thermo-Elemente 14 stellen zusammen mit den elektrischen Widerständen 15 geringer Wärmeträgheit, von denen jene beheizt werden, die bekannte thermische Rückführung dar.

16 ist die Spannungsquelle, 17 ein variabler Vorwiderstand der Gleichstrombrücke 4; 18 ist ein Voltmeter zur Kontrolle der Brückenspannung.

Erfindungsgemäß erfolgt nun die oben ausgeführte Bewegung der Zeitplanscheibe 11, welche den Fahrplan bzw. das Programm des Regelvorganges, also den zeitlichen Verlauf der Temperatur, vorgibt, in der Weise, daß durch einen Motor 19 über ein Wechselgetriebe 20 das Wendegetriebe 21 und damit die Welle 22 der Zeitplanscheibe 11 in Bewegung gesetzt wird. Durch das Wechselgetriebe 20 können verschiedene Regelzeiten vorgesehen werden, während das Wendegetriebe 21, welches durch den Anker 23 eines Elektromagneten 24 derart mechanisch betätigt wird, daß es im stromlosen Zustand des Elektromagneten 24 die Welle22 der Zeitplanscheibe 11 in einem Drehsinn, im stromführenden Zustand dagegen im entgegengesetzten Drehsinn bewegt, daß dieses Wendegetriebe 21 also bewirkt, daß je nach den elektrischen Impulsen, die der Elektromagnet 24 erhält, die Zeitplanscheibe 11 in der einen oder anderen Richtung bewegt wird, der Regelvorgang also in dem einen oder anderen Sinne erfolgt. Den Einschaltimpuls erhält der Elektromagnet 24 von dem um die Welle 22 drehbar angeordneten Kippschalter 25, der mittels des Zeiger-ίο knopfes 26 und der Arretiervorrichtung 27 und 30 auf einen an der Skala 29 der Frontplatte 29a vorgegebenen Temperaturwert eingestellt werden kann. Dieser Kippschalter 25 wird mechanisch betätigt durch einen auf der Welle 22 befestigten Nocken 31. Hat sich also die Welle 22 und damit die mit dieser fest verbundene Zeitplanscheibe 11 sowie der Nocken 31 bis zu dem an der Skala 29 vermittels Zeigerknopf 26 vorgegebenen Wert gedreht, so gibt Schalter 25 den Einschaltimpuls für den Elektromagneten 24 und das Wendegetriebe 21, bewirkt Rücklauf der Zeitplanscheibe 11 und lenkt damit in den absteigenden Ast des Regelungsverlaufes ein. Der fest auf der Frontplatte 29a befestigte Kippschalter 32, welcher ebenfalls durch einen mit der Welle 22 fest verbundenen Nocken 33 mechanisch betätigt wird, schaltet nun nach Erreichen der Ausgangsstellung der Zeitplanscheibe 11 und damit nach Erreichen des Ausgangstemperaturwertes den Elektromagneten 24, die elektrische Spannung an der Brücke 4, den Antriebsmotor 19, den Motor 12 des Fallbügelreglers 5 sowie den Schützen 7 und damit den Trafo 8 bzw. den Ofen 6 aus. Außerdem können synchron mit dem Regelvorgang laufende Registriergeräte, Temperaturschreiber usw. beispielsweise an freien Kontakten 34, 35 des Kippschalters 32 abgeschaltet werden. Entsprechendes gilt für den Kippschalter 25, vermittels dessen beispielsweise an den Buchsen 36, 37 zusätzlich angeschlossene Geräte geschaltet werden können.
Erfindungsgemäß dient ein weiterer, fest im Gerät sitzender, von Hand betätigter Kippschalter 38 in Kombination mit den Schaltern 25 und 32 gemäß Abb. 3 dazu, daß je nach seiner Stellung nach Erreichen der mittels Zeigerknopf 26 auf Skala 29 vorgegebenen Höchsttemperatur der Regelvorgang selbsttätig um- oder abgeschaltet wird. Dies ist insofern von Bedeutung, da es zuweilen nur erforderlich ist, programmgesteuert bis zu einem Höchstwert hinauf zu regeln, während alsdann beispielsweise zum Zwecke der schnelleren Abkühlung des Ofens 6 die Heizleistung und der Regler selbsttätig abgeschaltet werden sollen. In diesem Falle muß das empfindliche Nullinstrument 10 des Reglers 5 mit abgeschaltet werden, da bei dem Abschaltvorgang auch die Brücke 4 stromlos wird und damit die elektrische Kompensationsspannung zusammenbricht, was eine Überlastung des Galvanometers 10 durch die Thermospannung des Fühler-Thermo-Elementes 9 zur Folge haben kann. Diese selbsttätige Abschaltung wird erfindungsgemäß ebenfalls durch die Kombination der Schalter 25 und 38 bewirkt.

Endlich dient erfindungsgemäß ein fester, von Hand betätigter Schalter 39 dazu, den Antriebsmotor 19 des Programmgebers 1 separat abzuschalten, d. h., man kann also bei einem im Verlauf der Regelung beliebig wählbaren Wert der Führungs- bzw. Regelgröße durch Ausschalten dieses Schalters 39 den Wert beliebig lange konstant halten und nach Ablauf der gewünschten Zeit durch Einschalten von Schalter 39 den programmgesteuerten selbsttätigen Regel- und Schalt-Vorgang wieder fortsetzen. Dies ist besonders von

Claims (15)

Vorteil beispielsweise bei der Untersuchung der Zeitabhängigkeit von thermisch bedingten Umwandlungsvorgängen an Stoffen, die durch sogenannte Umwandlungspunkte oder Umwandlungsintervalle gekennzeichnet sind, bei denen die Ofentemperatur also für eine gewisse, nicht vorher zu bestimmende Zeit (z. B. für die Zeitdauer des Überganges von einer Phase oder Modifikation in eine andere) konstant gehalten werden soll. Abschließend sei nochmals bemerkt, daß die erläuterte Ausführung einer Temperaturregelung nur ein spezielles Beispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist. Grundsätzlich ist, wie bereits oben erläutert, ein solcher Programmregler überall dort mit Erfolg zu verwenden, wo es sich um die programmgesteuerte Regelung von Zustandsgrößen handelt. Patentansprüche.

1. Programmgesteuerter Regler mit einem _ao Steuerorgan, z. B. einer Zeitplanscheibe, gekennzeichnet durch auf das Steuerorgan wirkende Mittel, die im Programmablauf nach Erreichen, eines jeweils voreingestellten beliebigen Umkehrwertes (Grenzwert der Führungs- bzw. Regelgröße) selbsttätig die Wirkungsrichtung des Steuerorgans,

z. B. die Drehrichtung einer Zeitplanscheibe, ändern, so daß jeweils der absteigende (symmetrische) Ast des Programms durchlaufen wird.

2. Programm regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler nach Durchlaufen des absteigenden Astes durch einen mechanisch betätigten Schalter (32) selbsttätig abgeschaltet wird.

3. Programmregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler bereits nach Erreichen des beliebig vorgegebenen Umkehrwertes selbsttätig abgeschaltet wird.

4. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einem im Verlauf der Regelung beliebig wählbaren Wert der Führungs- bzw. Regelgröße an diese beliebig lange konstant gehalten und nach Ablauf der gewünschten Zeit der programmgesteuerte Regelvorgang fortgesetzt wird.

5. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 4, +5 dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten für den Rücklauf des Steuerorgans (Zeitplanscheibe 11) nach Erreichen des Umkehrwertes mittels eines Wendegetriebes (21) erfolgt.

6. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für das Wendegetriebe (21) über ein stufenloses Wechselgetriebe (20) zur Vorgabe verschiedener Programmzeiten, erfolgt.

7. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wendegetriebe durch den Anker (23) eines Elektromagneten (24) betätigt wird.

8. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet

(24) seine Impulse von einem mechanisch betätigten Schalter (25) erhält.

9. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (25, 32) als Kippschalter ausgebildet sind und von fest auf der Welle (22) der Zeitplanscheibe (11) angeordneten Nocken (31, 33) schaltbar sind.

10. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter

(25) zum Zwecke der Voreinstellung des Umkehrwertes beweglich, z. B. um die Welle (22) der Zeitplanscheibe (11) drehbar, angeordnet ist.

11. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Abschaltung des Antriebsmotors (19) der Zeitplanscheibe (11) sowie die des Reglermotors (12) bei Verwendung eines Fallbügelreglers (5) bei Erreichen des Umkehrwertes bzw. nach Durchlaufen des absteigenden Kurvenastes durch die in den Ansprüchen 9 und 10' gekennzeichneten Schalter (25) bzw. (32) erfolgt.

12. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (19) der Zeitplanscheibe (11) separat durch einen von Hand betätigten Schalter (39) aus- bzw. einschaltbar ist.

13. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Hand betätigter Kippschalter (38) mit den mechanisch betätigten Kippschaltern (25, 32) derart elektrisch in Verbindung steht, daß bei Erreichen des vorgegebenen Umkehrwertes wahlweise je nach der Stellung des Handkipp schalters (38) selbsttätig der Regelvorgang abgeschaltet oder die Drehrichtung der Zeitplanscheibe geändert wird.

14. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Handkippschalter (38) mit dem in Anspruch 10 gekennzeichneten Schalter (25) derart elektrisch in Verbindung steht, daß bei Abschalten des Regelvorganges auch das 0-Instrument (10) des Reglers (5) abgeschaltet wird.

15. Programmregler nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Geräte, die nur in mittelbarer Beziehung zum Regelvorgang stehen, durch elektrischen Anschluß an den Programmgeber (1) synchron mit dem Regelvorgang selbsttätig schaltbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 857 296, 901 599,
302.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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