DE1119971B

DE1119971B - Einrichtung zur Steuerung von Regeleinrichtungen nach mehreren Programmen

Info

Publication number: DE1119971B
Application number: DEL25074A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Waldemar Krumme
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1956-06-13
Filing date: 1956-06-13
Publication date: 1961-12-21

Description

Einrichtung zur Steuerung von Regeleinrichtungen nach mehreren Programmen Es ist bekannt, zur Programmregelung einer Meßgröße, z. B. der Temperatur in einem Flüssigkeitsbad, einen Sollwertversteller für nachgeschaltete Regler zu benutzen, bei dem das gewünschte Zeit-Sollwert-Diagramm an einer entsprechend ausgebildeten Polardiagrammscheibe abgetastet wird. Dabei wird das Polardiagramm jeweils für einen Zeitablauf des Programms oder ein Vielfaches davon eingerichtet. Durch Abtastung dieser Scheibe mit dem Fühlhebel wird mechanisch oder elektrisch der Sollwert eines Reglers verschieden eingestellt. Die Geschwindigkeit der Drehbewegung dieser Programmscheibe ist bei den bisher bekannten Ausführungen nur durch Veränderung der Zahnradübersetzung zwischen einem mit konstanter Drehzahl laufendem Antriebsmotor und der Welle der Programmscheibe einstellbar. Soll ein derartiger Programmgeber auf ein anderes Programm der Meßgrößenverstellung und/oder der Zeit umgerüstet werden, so muß bei den bekannten Geräten eine anders geformte Programmscheibe und/oder eine andere Zahnradübersetzung in das Gerät eingebaut werden.
Weiterhin ist eine Programm-Zeitsteuerung mit Kontaktwerken bekanntgeworden, die zur Betätigung verschiedener Stromkreise in verschiedenen einstellbaren Abständen dient. Diese Kontaktwerke besitzen einen Motor, dessen Geschwindigkeit durch Drehwiderstände in einem Niederspannungshilfskreis geändert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, das Steuerprogramm in einzelne Abschnitte aufzuteilen, die unabhängig voneinander einstellbar sind. Für jeden Abschnitt wird dann ein besonderer Drehwiderstand, der mit einer Skala versehen sein kann, verwendet. Mit Hilfe einer solchen Zeitsteuereinrichtung kann man zwar die Kontaktschließungszeit in den einzelnen Abschnitten variieren, jedoch ist es nicht möglich, hiermit zusätzlich den Sollwert einer Regelstrecke gemäß einem besonderen Programm zu steuern.
In der Verfahrenstechnik, beispielsweise beim Färben von Stoffen, sind nun oft Programmsteuerungen bzw. Programmregelungen für eine Anzahl ähnlich ablaufender Vorgänge auszuführen. Bei dem Beispiel des Färbens von Stoffen wird in der Zeitperiode I, der Vorhaltezeit, ein Auflösen und Spülen von Farbe und Farbstoff bei einer vorgegebenen Temperatur T1 in einer Zeit tl, in der Zeitperiode II, der Aufheizzeit, ein Aufheizen der Temperatur des Farbbades in einer festgelegten Zeit t2 auf eine festgelegte Temperatur T2 und in der Zeitperiode III, der Färbezeit, das Konstanthalten der in der Periode II erreichten Temperatur T2 während einer Zeit t3 verlangt.
Alle Vorgänge dieser Art sind einander ähnlich, nur variieren sehr stark (für die verschiedenen Farben und die zu färbenden Stoffe) die Werte der Zeiten T sowie der Temperaturen t, so daß eine Vielzahl von Polardiagrammscheiben für die Temperaturgrößen und von Zahnräderübersetzungsvariationen für den zeitlichen Ablauf nötig wäre. Die Umrüstung der Programmgebereinrichtung würde bei Verwendung der bisher bekannten Geräte zeitraubend sein. Die Umrüstung bedingt zudem ein Öffnen der Programmgebereinrichtung oftmals in sehr feuchter, aggressiver Atmosphäre, was sich auf die Lebensdauer und Funktionstätigkeit der Geräte ungünstig auswirkt.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Regeleinrichtungen, insbesondere für die Verfahrenstechnik, nach mehreren Programmen, die in bezug auf die Tendenz der änderung des Sollwertes gleichartig, die jedoch bezüglich des zeitlichen Ablaufes der Sollwertprogramme verschieden sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein den Sollwert über eine Kurvenscheibe verstellender Ferrarismotor vorgesehen ist, der gleichzeitig ein Nockenschaltwerk antreibt, das in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Kontakten in den Speisekreis des Motors verschiedene von Hand einstellbare Widerstände einschaltet, wodurch die Geschwindigkeit des Ferrarismotors geändert wird und eine von Abschnitt zu Abschnitt wählbare Programmablaufgeschwindigkeit gegeben ist, und daß durch einen oder mehrere einstellbare Widerstände, die in Reihe mit einem von aer Kurvenscheibe verstellten Sollwertpotentiometer liegen und die in den einzelnen Programmabschnitten durch Kontakte des Nockenschaltwerkes ein- oder ausgeschaltet werden, eine Veränderung der Steilheit der Sollwertkurve in den einzelnen Abschnitten möglich ist.
Bei dieser Anordnung wird die Kurvenscheibe des Programmgebers von einem elektrischen Induktionsscheibenmotor angetrieben, in dessen Induktionsspulenstromkreis mehrere veränderliche Widerstände angeordnet sind, die wahlweise einschaltbar sind und deren Widerstandswert bestimmend für die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors bzw. der Kurvenscheibe ist. Für jeden Programmabschnitt auf der Kurvenscheibe ist je ein solcher Widerstand vorhanden, dessen Widerstandswert vor Inbetriebsetzung des Programmgebers so eingestellt wird, daß der Motor die Kurvenscheibe um den je einem Programmabschnitt entsprechenden konstanten Winkel innerhalb der für den Ablauf des Programmabschnittes erforderlichen Zeit verdreht. Bei jedem Übergang von einem zum nächsten Programmabschnitt wird durch ein synchron mit dem Programmgeber gesteuertes Nockenschaltwerk der zur Geschwindigkeitssteuerung im vorangegangenen Programmabschnitt dienende Widerstand im Motorstromkreis abgeschaltet und der zur Geschwindigkeitssteuerung im laufenden Programmabschnitt dienende Widerstand eingeschaltet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Zeichnung dargestellt.
Ein elektrischer Induktionsscheibenmotor 1, dessen Spannungsspule 2 an einer stabilisierten Netz-Wechselspannungsquelle liegt, treibt über ein Schneckengetriebe 3 und ein Untersetzungsgetriebe 4 und 5 die Programmkurvenscheibe 7 einer nachgeschalteten Regeleinrichtung an. Gleichzeitig und mit derselben Geschwindigkeit wird über das Untersetzungsgetriebe 4 und 6 eine Schaltwelle 8 angetrieben. Die Geschwindigkeitsänderung des Induktionsscheibenmotors 1 erfolgt durch mehrere veränderbare Widerstände 9 bis 11, die in den Stromkreis der Induktionsspule 12 des Induktionsscheibenmotors wahlweise durch Nockenschalter 13 bis 15 eingeschaltet werden.
Die Kurvenscheibe 7 des Programmgebers ist so gestaltet, daß bei einer einmaligen Umdrehung dieser Scheibe das ganze, aus mehreren Programmabschnitten bestehende Programm von dem Fühler 16 des nachgeschalteten Reglers abgetastet wird.
Wie aus der Zeichnung der Kurvenscheibe 7 ersichtlich ist, soll dieses Programm im vorliegenden Falle entsprechend den bereits oben genannten Ausführungsbeispielen in drei ProgrammabschnitteI bis III unterteilt sein. Jedem dieser Programmabschnitte entspricht ein ganz bestimmter Winkel al, a2, a3 auf der Programmscheibe.
Jedem der Programmabschnitte ist einer der Widerstände 9 bis 11 im Induktionsspulenkreis des Motors 1 zugeordnet. Diese Widerstände werden beim Durchlaufen des gesamten Programms jeweils beim Übergang von einem Programm abschnitt zum nächsten durch die Nockenschalter 13 bis 15 ein- bzw. abgeschaltet. Die Widerstände werden vor Inbetriebsetzung des Programmgebers entsprechend der für den Ablauf jeweils eines Programmabschnittes erforderlichen Zeit eingestellt, und so ergibt sich, daß die Kurvenscheibe 7 innerhalb der gewünschten Zeit um den für einen Programm abschnitt erforderlichen Winkel a verdreht wird.
Die auf der Schaltwelle 8 angeordneten Nocken fül die Nockenkontakte 13 bis 15 sind verstellbar und entsprechend den Winkelbereichen a für die einzelnen Programmabschnitte auf der Kurvenscheibe 7 so eingestellt, daß beispielsweise der Nockenkontakt 13 geschlossen ist, solange von dem Fühler 16 der Rand der Kurvenscheibe 7 abgetastet wird, der im Winkelbereich al liegt. Entsprechend sind die Nocken für die No ckensch alter 14 und 15 so eingestellt, daß diese Kontakte geschlossen sind, wenn die Kurvenscheibe in den Winkelbereichen a2 bzw. as abgetastet wird.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß alle Programme, die hinsichtlich der Tendenz der Änderung der zu regelnden Größe gleichartig sind, jedoch in bezug auf den zeitlichen Ablauf des Regelvorganges in den einzelnen Programmabschnitten unterschiedlich sind, mit Hilfe einer einzigen Kurvenscheibe abgetastet werden können. Es erübrigen sich somit die bisher üblichen austauschbaren bzw. umschaltbaren Übersetzungsgetriebe.
Als Regeleinrichtung, die gemäß dem Programm der Kurvenscheibe 7 gesteuert wird, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein mit 17 bezeichneter Schwenkspulregler vorgesehen, dessen Schwenkspule sich in einem mit Wechselstrom erregten Magnetsystem befindet. Solange die Schwenkspule in der Mitte des Luftspaltes steht, wird in ihr keine Spannung induziert. Bei Auslenkung nach der einen oder anderen Richtung entstehen jedoch um 1800 in der Phasenlage verschobene Wechselspannungen, die zur Aus steuerung eines Stellgliedes herangezogen werden, das die Regelgröße beeinflußt. Die Drehspule des Schwenkspulreglers erhält ihren Strom von einer Stromverzweigungsschaltung, die außer der Spannungsquelle 29 verschiedene Widerstände und Kontakte aufweist. Als Beispiel aus der Verfahrenstechnik soll hier die Temperatur eines Flüssigkeitsbades überwacht werden. Zu diesem Zweck ist in der Stromverzweigungsschaltung ein Widerstandsthermometer 18 vorgesehen. In einem dazu parallelen Stromkreis liegt der Widerstand 20, der entsprechend dem Kunenscheibenprogramm mit Hilfe des Fühlers und des Getriebes 19 verstellt wird. In Reihe mit diesem Widerstand liegt wahlweise einer der drei Widerstände21, 22 oder 23. Letztere werden durch die Kontakte24, 25 und 26 eingeschaltet. Die Bedeutung des Widerstandes 27 und des zu seiner Einschaltung dienenden Kontaktes 28 wird später erläutert. Der Gesamtwiderstand der beschriebenen Stromverzweigungsschaltung ist zunächst eine Funktion der Temperatur, die mit dem Widerstandsthermometer 18 gemessen wird. Ferner beeinflußt die Stellung des veränderlichen Widerstandes 20 die Widerstandscharakteristik. Die Stärke dieser Einflußnahme hängt nun davon ab, welcher der Widerstände 21, 22 oder 23 eingeschaltet ist und auf welchen Wert diese Widerstände eingestellt sind. Der durch die Drehspule des Schwenkspulreglers fließende Strom kann also durch Einstellung der verschiedenen Widerstände von Hand sowie durch entsprechende Gestaltung der Programmscheibe in die verschiedensten zeitlichen Abhängigkeiten gebracht werden. Sobald dieser Strom durch das Programm oder durch eine Temperaturänderung und die damit verbundene Änderung des Widerstandes 18 variiert wird, findet eine Verstellung der Schwenkspule statt, die die Beheizung des Flüssigkeitsbades nachreguliert. Die Widerstände 21 bis 23 ermöglichen die Einstellung verschiedener Maximalwerte der Temperatur für die einzelnen Programmabschnitte.
Soll auch der Wert für die Minimaltemperatur des Sollwertes, beispielsweise für die Zeitperiode II, einstellbar sein, so schaltet man dem Drehwiderstand 20 einen anderen veränderlichen Widerstand 27 parallel und den für die Einstellung der Höchsttemperatur vorgesehenen veränderlichen Widerstand 22 in Reihe mit den beiden erwähnten Widerständen 20 und 27.
Der Widerstand 27 wird ebenso wie der Widerstand 22 über einen Kontakt 28 des Nockenschalters ein-bzw. abgeschaltet.
Um eine einfache Einstellung der Widerstände zu ermöglichen, sind deren mechanische Stellglieder durch das Gehäuse des Programmgebers nach außen geführt. Die Stellungen der Widerstände werden auf Skalen angezeigt, die entsprechend der Funktion der Widerstände in Zeiteinheiten und Maßeinheiten der Regelgröße, im vorliegenden Falle der Temperatur, geeicht sind.
Auf die Programmscheibe 7 kann in neuartiger Form neben einer Markierung der jeweils eingeschalteten Zeitperiode eine Zeiteinteilung in Prozenten jeder Zeitperiode, ablesbar an einer Marke des auf der Programmscheibe 7 aufliegenden Abtasthebels 16, aufgezeichnet werden. Es läßt sich dann nach Ablesung der Prozentzahl und der eingestellten Laufzeit errechnen, welche Zeit bis zum Ablauf der Periode bzw. des Gesamtprogramms noch erforderlich ist.
Durch Anordnung mehrerer zusätzlicher Nockenkontakte auf der Schaltwelle 8 oder einer besonderen Schaltwelle läßt sich das Kontaktwerk des Programmgebers zur Einleitung anderer Vorgänge, z. B. zur Signalisierung in Lampenfeldern, Abschaltung des Programmgebers oder Einschaltung von Sondersteuerungen nach Ablauf des Programms, verwenden.
An Stelle der beschriebenen Regeleinrichtung 17 kann auch ein Nullregler mit Drehspulmeßwerk verwendet werden. Sämtliche Widerstände für die Regelgröße werden in diesem Falle in eine Brückenschaltung eingeschaltet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Steuerung von Regeleinrichtungen, insbesondere für die Verfahrenstechnik, nach mehreren Programmen, die in bezug auf die Tendenz der Änderung des Sollwertes gleichartig, die jedoch bezüglich des zeitlichen Ablaufes der Sollwertprogramme verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Sollwert über eine Kurvenscheibe (7) verstellender Ferrarismotor (1) vorgesehen ist, der gleichzeitig ein Nockenschaltwerk (8) antreibt, das in an sich bekannter Weise mit Hilfe von Kontakten (13, 14, 15) in den Speisekreis des Motors verschiedene von Hand einstellbare Widerstände (19, 11) einschaltet, wodurch die Geschwindigkeit des Ferrarismotors geändert wird und eine von Abschnitt zu Abschnitt wählbare Programmablaufgeschwindigkeit gegeben ist, und daß durch einen oder mehrere einstellbare Widerstände (21, 22, 23), die in Reihe mit einem von der Kurvenscheibe (7) verstellten Sollwertpotentiometer (20) liegen und die in den einzelnen Programmabschnitten durch Kontakte (24, 25, 26, 28) des Nockenschaltwerkes (8) ein- oder ausgeschaltet werden, eine Veränderung der Steilheit der Sollwertkurve in den einzelnen Abschnitten möglich ist.
2. Programmsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Nocken des Schaltwerkes um bestimmte Winkel gegeneinander verdreht sind, die den einzelnen Programmabschnitten (I, II, III) auf der Kurvenscheibe (7) entsprechen, und daß diese Nocken Kontakte (13, 14, 15) betätigen, die beim Übergang von einem Programmabschnitt zum anderen im Stromkreis der Induktionsspule (12) des Induktionsscheibenmotors (1) liegende Drehwiderstände (19, 11) nacheinander ein- und abschalten.
3. Programmsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Programmscheibe (7) abtastende Fühler (16) auf mechanischem Wege einen Drehwiderstand (20) verstellt, dessen Widerstandswert ein Maß für den programmgeregelten Sollwert ist und der dem Meßwerk des nachgeschalteten Reglers (17) als Sollwertgröße zugeführt wird.
4. Programmsteuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als nachgeschalteter Regler (17) ein Regler mit Quotientenmeßwerk (z. B. Kreuzspul- oder T-Spulmeßwerk) vorgesehen ist.
5. Programmsteuerung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehwiderstand (20) des Fühlers ein in Abhängigkeit von der zu regelnden Meßgröße veränderlicher Widerstand (18) parallel geschaltet ist und daß der Widerstandswert dieser Parallelschaltung dem nachgeschalteten Regler (17) als Regelgröße zugeführt wird.
6. Programmsteuerung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einstellung eines die Regelgröße begrenzenden Maximalwertes in Reihe mit dem Drehwiderstand (20) entsprechend der Anzahl der Programmabschnitte weitere veränderliche Widerstände (21, 22, 23) in die Parallelschaltung eingeschaltet sind, die über weitere, auf derselben Schaltwelle (8) oder einer besonderen Schaltwelle angeordnete Nockenkontakte (24, 25, 26) nacheinander ein- bzw. abgeschaltet werden.
7. Programmsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einstellung eines die Regelgröße begrenzenden Minimalwertes dem Drehwiderstand (20) je nach der Anzahl der Programmabschnitte, für die eine solche Einstellung erforderlich ist, weitere veränderliche Widerstände parallel geschaltet werden und daß diese Widerstände über weitere Kontakte des Nockenschalters gleichzeitig mit den entsprechenden Widerständen (21, 22, 23) für die Einstellung der Maximalwerte ein- bzw. abgeschaltet werden.
8. Programmsteuerung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Programmabschnitte (I, II, III) auf der Kurvenscheibe (7) mit einer Skala in Prozenten jeder Zeitperiode versehen sind und daß an dem Abtasthebel (16) eine Marke angebracht ist, die eine Ablesung auf der Skala ermöglicht.
9. Programmsteuerung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schaltwelle (8) oder einer besonderen Schaltwelle weitere Nockenkontakte angeordnet sind, die zur Einleitung weiterer Steuervorgänge nach Ablauf des Programms oder zur Signalisierung dienen.
10. Programmsteuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als nachgeschaltete Regler (17) Nullregler mit Drehspulmeßwerken verwendet werden und daß die Widerstände für die Regelgröße in Brückenschaltungen angeordnet sind. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 695 256, 751 134, 755 165, 829 008; Zeitschrift »Der Elektromeister«, Jg. 1952, S. 408 und 409;