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Sollwertsystem für Gruppen von Regelanordnungen mit gemeinsämer Führung
Die Erfindung hat eine Verknüpfung der Sollwerte von Regelanordnungen zum Gegenstand,
deren Regelgrößen in bestimmten einstellbaren Verhältnissen zueinander stehen sollen.
Die Regelgrößen können chemische oder physikalische Größen sein, z. B. Temperaturen,
Flüssigkeitsströme, Konzentrationen, Drücke, Drehzahlen, Geschwindigkeiten u. a.
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Insbesondere kommen als Anwendungsgebiet alle mehrteiligen Maschinen
.der Papier-, Texil-, Kunststoff-, Gummi-, Nahrungsmittel und Walzwerkindustrie
in Frage, bei denen die einzelnen Motoren an der Bearbeitung und an dem Transport
einer durchlaufenden Warenbahn beteiligt sind.
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Gewöhnlich wird jeder dieser Motoren auf eine für den Bearbeitungsprozeß
günstige Drehzahl geregelt. Je zwei dieser Einzeldrehzahlen sollen im allgemeinen
zueinander in einem bestimmten Verhältnis -stehen, durch das die Dehnung der- dazwischenliegenden
Warenbahn bestimmt ist. Technologisch wird gefordert, daß sich jedes Drehzahlverhältnis
einzeln einstellen läßt, und zwar ohne die benachbarten Drehzahlverhältnisse mit
zu beeinflussen.
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In bekannter Weise kann diese Bedingung dadurch erfüllt werden, daß
der Sollwert der Drehzahlregelung eines jeden Motors aus dem Drehzahlistwert (Tachomaschine)
des vorangehenden Motors gebildet wird. Wegen der damit hergestellten Koppelung
der Regelkreise können bei dieser Art Folgeschaltung jedoch dynamische Schwierigkeiten
auftreten. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Sollwertspannung für die
zu regelnde Drehzahl nicht aus der Tachomaschine des vorangehenden Motors abzunehmen,
sondern den jeweiligen Sollwert an einer getrennt erzeugten (ruhigen) Führungsspannung
abzugreifen. Wird die Drehzahl eines Motors durch Verstellung der Sollwertspannung
seiner Drehzahlregeleinrichtung geändert, so muß verlangt werden, daß alle nachgeordneten
Motoren dem betroffenen Motor proportional folgen, während die in der Reihenfolge
vorangehenden Motordrehzahlen dabei unverändert bleiben sollen.
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Es sind zur Lösung dieser Aufgabe elektrischmechanisch arbeitende
Verstellsysteme bekanntgeworden, die die den Motoren zugeordneten. Sollwertpotentiometer
verstellen. Dabei werden: ausrückbare oder magnetisch beeinflußte Kupplungen verwendet.
Es ist zwar möglich, auf diese Weise eine geeignete Verstellung bei allen nachgeordneten
Potentiometern zu erreichen, während die übrigen Potentiometereinstellungen erhalten
bleiben; eine derartige Anordnung ist aber umständlich, erfordert einen hohen mechanischen
Aufwand und zwingt zu einer räumlichen Zusammenfassung der Potentiometer.
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Ein anderer bekanntgewordener Vorschlag sieht ein Sollwertsystem in
Form einer Widerstandskette vor, die von einem Stromkonstanthalter gespeist wird,
Wird also der Widerstandsabgriff an einem beliebigen dieser Sollwiderstände erhöht,
so steigt die daran abnehmbare Sollspannung. Alle anderen Spannungs2,bgriffe, die
nicht verstellt worden sind, ergeben infolge der Stromkonstanthalt-üng -nach wie
vor die gleichen Spannungswerte.
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Es sind auch schon Schaltungen vorgeschlagen worden, die von einer
Addition von Größen, die den einzelnen Antrieben entsprechen, Gebrauch machen. Eine
Addition ist aber etwas anderes als eine Relation (Quotient), kann also nur- eine
gewisse Näherung ergeben. Daher ist ein derartiges. Prinzip nur eng begrenzt anwendbar
bei kleinen Variationsbereichen der Sollwertrelationen, also z. B. bei Papiermaschinen.
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Weiter ist eine Schaltungsanordnung von Potentiometern bekanntgeworden,
bei der ein Teil der Potentiometer an einer konstanten Spannung liegt, während die
übrigen Potentiometer entweder an der Abgriffsspannung eines vorhergehenden oder
an der Abgriffsspannung eines nachfolgenden, an der Konstantspannung liegenden Potentiometers
liegen. Wird bei einer solchen Schaltungsanordnung der Abgriff eines an der Konstantspannung
angeschlossenen Potentiometers verändert, so ändert sich auch die Spannung des an
dem Abgriff angeschlossenen Potentiometers, während sich die Spannungswerte an den
übrigen Potentiometern, die nicht verstellt worden sind, nicht ändern. Hingegen
tritt aber bei Änderung des Abgriffes eines an dem Abgriff eines an der Konstantspannung
liegenden Potentiometers an diesem selbst keine -Änderung des Spannungswertes ein.
Bekannt
wurde ferner eine Schaltungsanordnung von Pätentiometern, bei der jedes Potentiometer
an der Abgriffsspannungdcs vorhergehenden liegt. Ein solches Sollwertsystem ist
in Fig. 1 der Zeichnung vereinfacht und rein schematisch dargestellt.
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-_ Die Sollwertspannung der ersten Motordrehzahl wird .den Klemmen
1 und 2 einer Konstantspannungsquelle 3 entnommen und an den beiden Enden des ersten
Potentiometers P2 eingespeist. Die sich daran anschließenden Potentiometer P 3,
P 4, P 5, P 6 und P 7 sind so gestaffelt, daß jeweils das Ende des nachgeordneten
Potentiometers an dem Abgriff des vorhergehenden liegt. Die abgegriffenen Sollspannungen
werden den Regelverstärkern R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 und R7 zugeführt, wo durch
Vergleich mit der Spannung des zugehörigen Tachometerdynamos T 1, T 2, T 3, T
4,
l'5, T 6 und T 7 eine Verstellgröße für den entsprechenden Antriebsmotor
hergeleitet wird. Der Regler trachtet die Tachospannung jeweils gleich der Sollwertspannung
zu machen, indem er auf den zugehörigen Motor in entsprechendem Sinne einwirkt.
Wie sich aus der Darstellung ersehen läßt, ist es auf diese Weise möglich, daß einer
Verstellung eines beliebigen Potentiometerabgriffes neben dem betroffenen Motor
auch sämtliche anschließenden Motoren proportional folgen.
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Eine rückwirkungsfreie Sollwertstaffelung kann hierbei angenähert
und in der Anzahl der Sollwerte praktisch engbegrenzt durch entsprechende Abstufung
der Widerstandswerte erzielt werden, und zwar muß der über den Abgriff abfließende
Strom jeweils klein sein gegen den durch den ganzen Widerstand des Potentiometers
fließenden Hauptstrom. Dies bedingt aber ein rasches Anwachsen der Widerstandswerte
für die einzelnen Potentiometer mit .der Entfernung von der Einspeisungsstelle und
außerdem die Forderung nach hochohmigen Eingängen der einzelnen Regelverstärker.
Läßt man beim letzten Potentiometer als Höchstmaß einen bestimmten hochohmigen Widerstand
zu, so ergibt sich je nach Anzahl und Stehbereich der einzelnen Potentiometer zwangläufig
ein bestimmter relativ großer Leistungsverbrauch im ersten - relativ niederohmigen
- Potentiometer, wenn die dabei unvermeidbare gegenseitige Beeinflussung (Rückwirkung)
innerhalb vorgegebener Grenzen bleiben soll. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
daß die mit jedem Abgriff verbundene Verminderung der Sollwertspannung zu einer
entsprechend großen Bemessung der Sollwertspannung an der Einspeisungsstelle, d.
h. am ersten Potentiometer, zwingt, wenn ein Mindestbetrag der letzten Sollwertspannung
nicht unterschritten werden darf. Dieser ist bei vorgegebener Genauigkeitstoleranz
bedingt durch die erzielbare Empfindlichkeit, Verstärkung und Nullpunktkonstanz
des letztenRegelverstärkers.
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Die durch die genannten Bemessungsbedingungen verursachten Nachteile
werden durch die Erfindung stark vermindert.
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Erfindungsgemäß wird die Kette der Sollwertpotentiometer inzwei Teilketten
aufgetrenntunddieEinspeisungsstelle (Anfang) der zweiten Teilkette mit der der ersten
verbunden, wobei die Zuordnungsfolge zwischen den Sollwerten und Regelgrößen so
gewählt ist. daß der Anfang der Reihenfolge der Regelgrößen mit dem Ende der einen
Teilkette zusammenfällt und das Ende dieser Reihenfolge dem Ende der zweiten Teilkette
zugeordnet ist.
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An Hand des in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiels soll
die Erfindung näher erläutert werden. Aus dieser Prinzipdarstellung ist ersichtlich,
daß die Sollwertabgriffe nach Art einer Pyramide von einem in der Mitte liegenden
Potentiometer aus nach beiden Seiten hin gestaffelt sind. Während bei dem in Fig.
1 dargestellten Schema an der Einspeisung nur eine einseitige Staffelkette angeschlossen
ist, befindet sich hier die Einspeisungsstelle am vierten Glied, und zwar wird dem
Potentiometer P4/P5 die einem Spannungsregler R, entnommene Sollwertspannung zugeleitet.
An das Potentiometer P4/P5 schließen sich nun nach vorn hin die Potentiometer P3
und P2 an, während auf der anderen Seite nach hinten hin die Potentiometer P 6 und
P 7 vorgesehen sind. Bei gleicher Anzahl der Motoren - also gleicher Anzahl der
vorzugebenden Sollwerte wie bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 - sind jeweils
dem ersten Potentiometer nur zwei Potentiometer nachgeschaltet, so daß die Bedingung
eines hohen Widerstandswertes jedes Potentiometers gegenüber dem vorhergehenden
leicht erfüllbar ist.
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Zwischen der Potentiometeranordnung der Fig.1 und der doppelseitigen
Potentiometeranordnung der Fig. 2 besteht jedoch noch ein Unterschied hinsichtlich
der Wirkungsrichtung. Würde man die Konstantspannungsquelle direkt an den beiden
Endpunkten des Potentiometers P4/P5 einspeisen lassen, so wäre eine rückwirkungsfreie
Drehzahlquotienteneinstellung von der unveränderten Drehzahl des Motors M4 aus fortlaufend
(nach beiden Richtungen) möglich; d. h., der Motor 1114 wäre »Bezugsmotor«, während
in Fig. 1 der Motor M1 Bezugsmotor ist. Soll der Motor M 1, der den Anfang oder
das Ende der Motorreihenfolge (Folge der Verarbeitung der Warenbahn) darstellt,
Bezugsmotor bleiben, so läßt sich dies mit Hilfe eines Spannungsreglers Ra erreichen,
der nach Fig. 2 die am Potentiometer P2 abgegriffene Sollwertspannung des Motors
M 1 mit der Konstantspannung der Quelle 3 vergleicht. Wird der Spannungsabgriff
des Potentiometers P2 nach unten verstellt, so hat die abgegriffene Sollwertspannung
zunächst die Tendenz, kleiner zu werden. Der Spannungsregler R, sucht nun jedoch
die Speisespannung der gesamten Potentiometeranordnung stets derart zu steigern,
daß die Abgriffsspannung am Potentiometer P 2 wieder mit der Konstantspannung übereinstimmt.
Dabei erhöhen sich also als Folge der Abwärtsverstellung des Potentiometers P2 zwangläufig
die Sollwerte der Motoren M 2 bis M7, während der Motor M 1 seine Drehzahl
unverändert beibehält.
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Entsprechend steigern sich die Drehzahlen der Motoren M 4 bis 1117
bei einer Abwärtsverstellung des Potentiometers P4, wobei die Sollwerte der Motoren
M 1 bis 1b13 unverändert bleiben, wie es sein muß. In der äußeren Wirkung sind also
die Schaltungen der Fig. 1 und 2 einander gleich. Die Schaltung der Fig. 2 nach
der Erfindung bietet jedoch die genannten Bemessungsvorteile und vermeidet außerdem
ein zu starkes Absinken des Spannungsniveaus am Soll-Ist-Vergleich gegen das Ende
der Staffelung zu; d. h., die erzielbare Genauigkeit der Drehzahlregelung der Motoren
6 und 7 wird erheblich gesteigert.
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Es kann auch ein beliebiger anderer Motor, z. B. der Motor M2, zum
Bezugsmotor gemacht werden, indem der Eingang des Spannungsreglers Ro an die Sollwertspannung
des Motors 2 gelegt wird, also die am Potentiometer P3 abgegriffene Spannung mit
der Konstantspannung der Quelle 3 verglichen wird. Die Drehzahl des Bezugsmotors
selbst kann in an sich bekannter Weise dadurch geändert werden, daß die Konstantspannungsquelle
variierbar ausgeführt wird. Gleichzeitig mit der Sollwertdrehzahl des Bezugsmotors
ändern
sich dann die Sollwertdrehzahlen aller anderen Motoren proportional. An die Stelle
der Konstantspannung kann auch eine beliebig variable Vergleichsspannung treten,
die einer von der Drehzahlregelung der Motoren unbeeinflußten veränderlichen Führungsgröße
folgt.