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Vorrichtung zur feinstufigen Sollwerteinstellung der Mischkomponenten
bei einer digitalen Mischungsregelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zur feinstufigen Sollwerteinstellung der Mischkomponenten bei einer digitalen Mischungsregelung
mittels Zählung von den Komponentensollwerten zugeordneten Impulsen, die von der
Impulsfolge eines Taktgebers abgeleitet werden.
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Für Mischungen, deren Komponenten in einem vorbestimmten, möglichst
gleichbleibenden Verhältnis den Gesamtfluß liefern, ist es schwierig, feinstufige,
schnellwirkende und zuverlässige Regelungen zu bewerkstelligen, insbesondere wenn
Genauigkeiten unter 111/o verlangt werden.
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Bei Mischungen flüssiger Medien z. B. ist es bereits bekannt, den
Durchfluß, das ist das in der Zeiteinheit durchgesetzte Volumen, in eine Impulsfrequenz
umzusetzen und diese Impulsfrequenz mit einer dem Sollwert zugeordneten, von einer
festen Taktgeberfrequenz abgeleiteten Frequenz zu vergleichen und aus den mit Differenzzählern
gezählten Unterschieden, welche die Regelabweichung bilden, entsprechende Stellbefehle
zu gewinnen.
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Die Digital-Methode ist, was die Genauigkeit anbetrifft, den analogen
Methoden, die aus kontinuierlichen Spannungen Stellgrößen ableiten, überlegen; die
bisher bekannten Methoden besitzen jedoch noch entscheidende Nachteile, wenn mehrere
Komponenten berücksichtigt werden müssen, da die gewünschten Mischverhältnisse,
d. h. die Verhältnisse der Komponenten untereinander oder zum Gesamtfluß, nicht
immer einfach vorauszubestimmen bzw. einzustellen sind.
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Die richtige, vorbestimmte Mischung muß überdies bei allen Gesamtflußgeschwindigkeiten
beibehalten werden, so daß die einmal festgelegten Verhältnisse der Komponenten
sich nicht ändern dürfen.
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Die Vorrichtung zur feinstufigen Sollwerteinstellung der Mischkomponenten
eines Gesamtflusses bei einer digitalen Mischungsregelung ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß zur Zählung der Takt geberimpulse ein mehrstelliger
Ringzähler mit einstellbaren, parallelliegenden Abgabeausgängen vorgesehen ist,
die den Reglern der Komponentenflüsse zugeordnet sind, und daß mit der voreingestellten
Zahl eines Abgabeausganges der (prozentuale) Anteil der zugeordneten Komponente
an dem Gesamtfluß festlegbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der neuen Vorrichtung ist die Verwendung
nur eines einzigen Ringzählers für beliebig viele Komponenten, deren Verhältnisse
zueinander nunmehr ganz leicht eingestellt werden können und immer genau beibehalten
werden. Eine Regelung und Einstellung der Mischung nach der Erfindung ist daher
ungewöhnlich feinstufig, schnell und störunanfällig und kann ohne Schwierigkeiten
bezüglich der Anzahl der Komponenten leicht erweitert werden.
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Die Taktgeberfrequenz wird am zweckmäßigsten so hoch gewählt, daß
pro Sekunde möglichst mehrere Regelimpulse an den eigentlichen Reglern zur Verfügung
stehen, die dann gegebenenfalls integriert werden können, d. h. ein ganzer Zählzyklus,
nach dessen Ende immer wieder von vorn zu zählen angefangen wird, soll in der Sekunde
mehrere Male durchlaufen werden. Für den geeigneten Vergleich mit dem in eine Impulsfolge
umgewandelten Istwert des Komponentendurchflusses können auch Untersetzer verwendet
werden, die z. B. nur jeden zehnten Impuls wirksam werden lassen.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.
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Die Figur zeigt ein Schaltschema.
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Mit 1 ist der Taktgeber bezeichnet, der z. B. Impulse mit einer Folgefrequenz
von 100 kHz liefern mag. Der Taktgeber 1 arbeitet auf einen Zähler 2 und ein Und-Tor
3. An den Zähler 2, der in üblicher Weise aus bistabilen Kippstufen aufgebaut ist,
wobei Röhren oder Transistoren in Frage kommen, ist eine Dekodierungs-Matrix 2'
angeschlossen, die aus Dioden bzw. Diodenkombinationen besteht und es gestattet,
bei einem mit dem Wählschalter 4 voreinstellbaren Zählerstand am Ausgang 5 einem
Markierimpuls
zu entnehmen. Der Ausgang 5 ist an eine bistabile Kippstufe 6 angeschlossen, deren
Rückstellung jeweils nach dem Ende des Gesamt zählzyklus über Leitung 7 erfolgt.
Die Kippstufe 6 ist ausgangsseitig mit dem Und-Tor 3 verbunden, das infolgedessen
über Leitung 8 nur die gewünschte Anzahl der Impulse eines Zählzyklus durchläßt.
Die beschriebene Einrichtung dient zur Berücksichtigung des Gesamtflusses, wenn
dieser z. B. schneller oder langsamer fließen soll.
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Die mehr oder weniger reduzierte Impulsfolge eines Zählzyklus wird
dem Und-Tor 9, das mit der bistabilen Kippstufe 9' zusammenarbeitet, zugeführt.
Die Funktion dieser Anordnung wird noch später erläutert. Für das weitere Verständnis
der Vorrichtung genügt es vorerst, daß die Taktgeberimpulse an dem ersten Glied
10 eines mehrstelligen Ringzählers 10, 11, 12 und an den Und-Toren 13, 14, 15 zur
Verfügung steht. Der Aufbau eines Ringzählers kann als bekannt vorausgesetzt werden.
Er besteht im, wesentlichen aus hintereinandergeschalteten Kippstufen, die sowohl
Transistoren als auch Röhren oder Glimmröhren haben können. Jede Einheit 10, 11
oder 12 eines solchen Ringzählers entspricht einer Stelle, die von 1 bis 9 gezählt
wird, dann zurückgestellt wird und dabei der nächsten Einheit einen Zählimpuls zuleitet
usf., bis die letzte Einheit vollgezählt und ein Zählzyklus beendet ist, im Beispiel
0 bis 999 (oder 1 bis 1000).
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Mit jeder Zählereinheit ist eine Dekodierungs-Matrix 10', 11', 12'
verbunden, die ähnlich der Dekodierungs-Matrix 2' aufgebaut ist und es gestattet,
mittels eines Wählschalters 16,17 bzw.18 voreinstellbare Zählwerte, im vorliegenden
Fall dreistellige, auf ein Und-Tor 19 zu geben, über dessen Ausgang 20 bei Erreichen
des betreffenden Zählwertes ein Impuls an die Kippstufe 21 gelangt, die ihrerseits
das Und-Tor 13 nun sperrt, so daß der Durchgang der weiteren Impulse des Taktgebers
l bis zur Rückstellung der Kippstufe 21 durch den von der Zähleinheit 12 auf Leitung
22 abgegebenen letzten Zählimpuls eines Zählzyklus gesperrt ist. Die vom Und-Tor
13 durchgelassene Impulsfolge des Taktgebers 1 wird mit der z. B. von einem Durchflußmesser
in Rohr 23 der Komponente A gelieferten Impulsfolge in einer Anordnung 24 verglichen,
welche aus diesem Sollwert-Istwert-Vergleich eine Stellgröße zur Steuerung des dem
Rohre 23 zugeordneten Stellgliedes, z. B. eines Regelventils, bildet.
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Für die Komponente B im Rohr 25 sind nur eine weitere, aus den drei
Wählschaltern bestehende Wählschaltergruppe 26 sowie ein Und-Tor und eine Kippstufe
notwendig, wobei die Anschlüsse für die Einstellstufen 26' parallel zu denen der
Stufen 16',
17', 18' der Wählschalter 16, 17 bzw. 18 liegen. Die der Wählschaltergruppe
26 folgenden Und-Tore und Kippstufen sind in gleicher Weise aufgebaut wie die der
Wählschaltergruppe 10, 11, 12. Die Ausgangsspannung wird über Leitung 27 dem Und-Tor
15 angeliefert, dessen Ausgang mit der Anordnung 28 für das Rohr 25 der Komponente
B in Verbindung steht.
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Für die Komponente C ist das Und-Tor 14 vorgesehen, dessen Ansteuerung
ebenfalls in der schon beschriebenen Weise erfolgt und das für die Anordnung 30
des Rohres 31 der Komponente C bestimmt ist.
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Die Anzahl der Wählschaltergruppen richtet sich nach der Anzahl der
Komponenten und die gewünschte Einstellgenauigkeit der Komponenten nach der Anzahl
der Zähleinheiten (Stellenwerte). Beide können, ohne daß die Zuverlässigkeit der
Vorrichtung leidet, durch einfaches Weglassen oder Hinzufügen einer Einheit vermindert
oder vermehrt werden und damit jedem vorkommenden Zweck angepaßt werden.
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Angenommen, es werde eine Mischung der Komponenten A, B und
C gewünscht, deren Anteile 8630/00, 21%o und 116%o betragen sollen. Dann ist die
Wählschaltergruppe I auf 863 (Schalter 18 auf Stufe 8, Schalter 17 auf Stufe 6 usw.)
einzustellen. Die Wählschaltergruppe 26 ist entsprechend auf 21 und die Wählschaltergruppe
29 auf 116 einzustellen. Der Taktgeber 1 liefere Impulse mit einer Folgefrequenz
von 1000 kHz. Es sollen jedoch nur 700/0 der Gesamtkapazität in Anspruch genommen
werden. Dazu wird am Wählschalter 4 auf Stufe »70« gestellt, so daß nunmehr nur
70 000 Impulse pro Sekunde über Leitung 31 dem Ringzähler 10, 11, 12 zugeführt werden.
Dies wird dadurch erreicht, daß jeweils nach sieben vom Und-Tor 3 durchgelassenen
Impulsen drei Impulse unterdrückt werden. Der dekadische Ringzähler 10, 11, 12 zählt
also in diesem Fall Impulse, die in Siebenergruppen auftreten.
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Nach Erreichen des 863. Impulses wird die bistabile Kippstufe 21 umgesteuert
und sperrt das Und-Tor 13. Die restlichen, zum vollen Tausend fehlenden Impulse
werden unterdrückt. Erhält die Anordnung 24 von einem Durchflußgeber über Leitung
24' eine höhere Anzahl Impulse während des gesamten Zählzyklus von 1000 Impulsen,
so wird eine Spannung abgeleitet, die über Leitung 24" eine Ventilsteuerung zur
Strömungsreduzierung im Rohr 23 bewirkt; im anderen Falle tritt die umgekehrte Wirkung
ein.
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Da der Vergleich der Ist- und Sollwert-Impulszahlen immer erst nach
Ablauf eines ganzen Zählzyklus durchführbar ist, weil die Sollimpulsfolge innerhalb
eines Zyklus gleichsam abgebrochen wird, wenn nicht die Gesamtkapazität ausgenutzt
wird, darf die Anordnung 24 nur am Ende eines Zählzyklus einen Stellbefehl an das
Stellglied (Ventil) abgeben. Zu diesem Zweck ist in die Leitung 24" ein Und-Tor
32 eingebaut, welches über die Leitung 32' nur am Ende eines Zählzyklus öffnet.
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Nach Ablauf des 1000. Impulses wird die bistabile Kippstufe 21 von
der Zähleinheit 12 zurückgestellt, der Ringzähler auf Null gestellt, und der Zählzyklus
beginnt von neuem.
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Auf dieselbe Art arbeiten die Anordnungen 28 und 30; die über 26 und
29 voreingestellt wurden. Die Kippstufe 9' sperrt über das Und-Tor 9 so lange die
Zulieferung von Pulsen an den Zähler 10, 11, 12 für einen neuen Zählzyklus, bis
die Übertragung des Stellbefehls an der Anordnung 24 beendet ist.
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Zu diesem Zweck wird gewöhnlich ein Taktgeberimpuls zusätzlich unterdrückt.
Die zusätzliche Schaltung an der bistabilen Kippstufe 9', die erforderlich ist,
um diesen Impuls zu unterdrücken, ist der Einfachheit halber nicht angegeben worden.
Sie besteht im wesentlichen aus einem Und-Tor, das vom Taktgeber gesteuert wird.
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Um zu vermeiden, daß bei einer Komponentenwahl von 1000%o an der Kippstufe
21 über Leitung 20 und 22 die Impulse zugleich auftreten, ist das Und-Tor 19 so
eingerichtet, daß ein Sperrimpuls über Leitung 19' das Ansprechen verhindert.
Statt
der Einstellung durch Wählschalter kann auch eine solche durch Lochkarten bewirkt
werden. Die Kontakte 16', 17', 18' bzw. 26' und 29' werden dabei so angeordnet,
daß sie hinter den Spalten und Reihen einer Lochkarte zu liegen kommen. Die gewünschten
Prozente sind dann durch Löcher markiert, die allein eine Verbindung zwischen den
Ausgängen der Dekodierungs-Matrizen und den zugehörigen Und-Toren zulassen. Dadurch
entfällt eine Handeinstellung, was bei häufigerem Wechsel oder häufigeren Änderungen
der Komponentenmischungen von Vorteil ist.