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Mehrfach-Zahlenfolgesteuerung Die Erfindung betrifft eine Mehrfach-Zahlenfolgesteuerung
mit einem aus binären elektronischen Zählstufen, vorzugsweise Transistorkippstufen,
aufgebauten Zählwerk, das durch Zahlenfolgen entsprechende Impulsfolgen beaufschlagt
wird und bei Erreichen vorgegebener Zahlenwerte ein benötigtes Steuersignal auslöst.
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Es ist bereits bekanntgeworden, zur Bestimmung längerer Zeiten die
Messung einer stetig verlaufenden Spannungsfunktion durch Zählung der Perioden einer
Spannung konstanter Frequenz, z. B. der Spannung des Wechselstromnetzes, zu ersetzen.
Man bedient sich hierbei entweder der Folgeschaltungen mit Gasentladungsröhren oder
der Schaltungen mit evakuierten oder gasgefüllten, dekadischen Zählröhren. Diese
Schaltungen sind teilweise recht aufwendig im Aufbau, besonders wenn man beim Gesamtaufwand
das Stromversorgungsteil mit berücksichtigt. Einige Schaltungen neigen beim Zählen
von Impulsen, die mit großem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgen, zur Fehlfunktion.
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So ist z. B. eine Schaltung zur Steuerung der zeitlichen Folge und
der Dauer der Arbeitstakte eines sich periodisch wiederholenden Arbeitsprozesses
mit einem von elektrischen Zeitgeberimpulsen zu betätigenden Schrittschalter, der
nach Ablauf verschieden langer, vorwählbarer, den Arbeitstakten zugeordneter Zählschrittfolgen
jeweils einen Steuerimpuls abgibt, mit einem von diesen Steuerimpulsen betätigten
Schalter, der bei übergang von einer Stellung in eine folgende einen neuen Arbeitstakt
auslöst und einen Impuls an einen diesem neuen Arbeitstakt zugeordneten, von Hand
einstellbaren Vorwähler gibt, der seinerseits den Schrittschalter in eine Stellung
schaltet, von der aus er die vorgewählte, der gewünschten Dauer des Arbeitstakts
entsprechende Zählschrittfolge bis zur Auslösung des folgenden, dem folgenden Arbeitstakt
zugeordneten Steuerimpulses durchläuft, bekannt, bei der der Arbeitstaktschalter
ein zyklisch laufender Schrittschalter ist.
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Die Verwendung von röhrenbestückten Binärzählern für Langzeitmessungen
mit Hilfe der Netzfrequenz scheidet wegen des hohen Aufwandes aus. Der Binärzähler
kann erst durch die Verwendung von Halbleiter-, Steuer- oder Verstärkerelementen
für die Zeitbestimmung praktisch nutzbar gemacht werden.
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Werden Zeitmeßeinrichtungen zu Steuerungszwecken verwendet, so wird
im allgemeinen nicht die gemessene Zeit angezeigt, sondern nach Ablauf der Meßzeit
von - der Meßeinrichtung ein Steuerimpuls nach außen abgegeben. Steuerungen dieser
Art werden als Einzelzeitsteuerungen und als Zeitfolgesteuerangen zur Abgabe von
Steuerimpulsen nach aufeinanderfolgenden, im allgemeinen voneinander verschiedenen
Zeiten aufgebaut. Dabei müssen meistens die Steuerimpulse nach den einzelnen Zeitfolgen
in verschiedene Richtungen geleitet werden. Es ist nun naheliegend, eine solche
Zeitfolgesteuerung derart aufzubauen, daß man entsprechend viele voneinander unabhängige
Meß- und Steuereinrichtungen hintereinanderschaltet. Dieses Verfahren ist jedoch
sehr aufwendig, wenn die Zahl der Folgen groß ist.
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Diese Nachteile werden mit Hilfe der Mehrfach-Zahlenfolgesteuerung
mit einem aus binären elektronischen Zählstufen, vorzugsweise Transistorkippstufen,
aufgebauten Zählwerk, das durch Zahlenfolgen entsprechende Impulsfolgen beaufschlagt
wird und bei Erreichen vorgegebener Zahlenwerte ein benötigtes Steuersignal auslöst,
nach der Erfindung vermieden durch die Kombination dreier Merkmale: A. daß das vom
Zählwerk 3 abgegebene Steuersignal über einen Stellungszähler 4 einem Logiknetz
9 zum Weiterleiten an die zu steuernde Anlage zugeleitet wird und B. gleichzeitig
über ein Verzögerungsglied 6 einem Impulsgeber 7 zugeführt wird, der einen Impuls
über einen Verteiler 5 und eine Vorwählschaltung 8 an das Zählwerk 3 abgibt und
C. damit die Voreinstellung des Zählwerkes 3 auf die der nächsten Zahlenfolge zugeordnete
Komplementärzahl bewirkt, wobei das Verzögerungsglied 6 dafür sorgt, daß die Voreinstellung
in einem Intervall zwischen zwei Zählimpulsen geschieht. Diese Steuerung enthält
nur eine Zeitmeßeinrichtung, die nacheinander alle Zeiten der Folgen mißt und die
entsprechenden Steuerimpulse nach außen abgibt. Die eigentliche Zeitmeßeinrichtung
wird hierbei vor Beginn einer Folge auf den Meßwert eingestellt. Da die Zeiten der
einzelnen Folgen im allgemeinen
voneinander verschieden sind, empfiehlt
es sich, die einzelnen Meßzeiten durch Abzählen der zum vollständigen Durchlauf
des Zählers komplementären Zahl darzustellen. Dieses Verfahren hat den Vorteil,
daß bei Änderung der Zeit- bzw. Zahlenfolgen der Ausgang des Zählers nicht umgeschaltet
zu werden braucht. Die Voreinstellung des Zählers wird in der Weise vorgenommen,
daß vor Beginn jeder Folge die binären Elemente des Zählers in die Stellung gekippt
werden, deren Kombination der komplementären Zahl der jeweiligen Folge entspricht.
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Die Wirkungsweise des Systems sei an Hand des Blockschaltbildes näher
erläutert: Die ankommende Wechselspannung hat im allgemeinen sinusförmigen Verlauf.
Sie eignet sich schlecht zum Betreiben des Binärzählers und wird daher im Impulsformer
1 in eine Rechteckspannung umgeformt. Vor Erreichen des binären Zählwerkes
3 müssen die Impulse das Tor 2 passieren, durch welches nach Beeinflussung
durch den Startkontakt 21
der Beginn des Steuerungsablaufes bestimmt wird.
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Der Zähler 3, der in der oben beschriebenen Weise auf die Zeit
bzw. Impulszahl der ersten Folge voreingestellt worden ist, beginnt nunmehr zu zählen.
Nach dem Durchlauf erscheint am Ausgang des Zählers ein Ausgangsimpuls, der zur
Betätigung nach außen und zur erneuten Voreinstellung des Zählers ausgenutzt wird.
Hierbei wird durch den Ausgangsimpuls der Stellungszähler 4 um einen Schritt
weitergeschaltet.
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Der Stellungszähler kann auf verschiedene Arten aufgebaut werden.
Bildet man ihn z. B. als Ringzähler aus, so besteht der Ring aus n bistabilen Elementen,
wenn n die Zahl der Folgen eines vollständigen Umlaufes der Steuerung ist. Es ist
die Eigenart der Ringzählschaltung, daß sich n-1 bistabile Elemente in einer Stellung
befinden, während nur ein Element die entgegengesetzte Stellung einnimmt. Von den
Elementen des Ringzählers werden die zum Verteiler 5 gehörenden Torschaltungen 50
... 53 betätigt, und zwar ebenfalls in der Weise, daß nur ein einziges Tor
zu einer Zeit geöffnet ist. Gleichzeitig mit dem Fortschalten des Stellungszählers
4 wird der Ausgangsimpuls des Zählers 3 über ein Verzögerungsglied
6 einem Impulsgeber 7 zugeführt. Dieser liefert einen Impuls an den
Verteiler 5, der über das zur Zeit offenstehende Tor und den diesem zugeordneten
Vorwählschalter 80 ... 83 dem Zähler zugeführt wird und damit die Voreinstellung
des Zählers auf die der nächsten Folge zugeordneten Komplementärzahl bewirkt. Die
Einstellung erfolgt in dem Intervall zwischen zwei vom Impulsformer 1 gelieferten
Zählimpulsen, so daß ohne Unterbrechung weitergezählt werden kann. An den Stellungszähler
4 ist außerdem ein Logiknetzwerk 9 angeknüpft, das für die Weiterleitung nach außen
wirksamer Steuerimpulse sorgt. Bei Widerstands-Schweißmaschinensteuerungen wird
z. B. die Betätigung des Magnetventils und die Bestimmung der Stromflußdauer
des Schweißstromes von der Stellung des Stellungszählers 4 abgeleitet. Für
den Fall, daß bei einer Schweißmaschinensteuerung die Zahl der Folgen eines Umlaufes
4 ist (0, 1, 2, 3; 0 ... ), die Magnetventilauslösung während der Folgen
1, 2, 3 eingeschaltet sein soll und der Stellungszähler die Form eines Ringzählers
hat, ist die Magnetventilauslösung mit den Elementen 41, 42, 43 des Stellungszählers
durch eine »Oder«-Logik verknüpft. Das bedeutet, daß das. Magnetventil Strom erhält,
wenn die Elemente des Ringzählers 41 oder 42 oder 43 auf »Ein« gestellt sind. Soll
der Schweißstrom nur während einer Folge, z. B. der zweiten Folge, eingeschaltet
werden, so kann die Stromauslösung 11. unmittelbar an das Element 42 des Ringzählers
angeschlossen werden.
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An die Stelle des Ringzählers im Stellungszähler 4 kann auch ein aus
zwei binären Elementen bestehender Reihenzähler treten, da die Elemente dieses Zählers
ebenfalls vier voneinander verschiedene Stellungskombinationen einnehmen können.
In diesem Fall müssen die Torschaltungen 50 ... 53 des Verteilers 5 mit den
vier Ausgängen der zwei binären Elemente des Stellungszählers durch ein logisches
»Und«-Netzwerk verbunden werden, das sicherstellt, daß jeweils ein Tor des Verteilers
geöffnet ist. Ferner sind die Magnetventilauslösung 10 und die Stromauslösung
11
mit dem Stellungszähler 4 durch ein entsprechend geändertes Logiknetzwerk
zu verknüpfen.