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Elektronischer Stellgrößengeber Die im folgenden näher beschriebene
Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Stellgrößengeber für elektrische
Regelanlagen, bei dem der Einsatz des Regelvorganges von dem Betrag der
Ab-
weichung des Istwertes vom Sollwert abhängig ist, und zwar derart, daß
bei kleinen Abweichungen relativ spät, bei extrem großen Abweichungen dagegen unverzögert
nachgeregelt wird.
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Es ist bereits eine Anordnung dieser Art bekannt, bei der die geforderte
Arbeitsweise dadurch erreicht wird, daß einem von einem Impulsgeber gespeisten Diskriminator
Und-Tore nachgeschaltet sind. Auf diese folgt dann eine Zählstufe mit zwei weiteren
Und-Toren, an welche die entsprechenden Arbeitsrelais angeschlossen sind. Diese
Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig, da die verwendeten Und-Tore jeweils drei
Eingänge besitzen und auch die Zählstufenanordnung kompliziert aufgebaut ist.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung wird eine vergleichbare Arbeitsweise
unter Verwendung eines die Regelabweichung stufenweise erfassen-den Dis-Mniina ors,
dessen digitale Ausgangssignale einem die Veizögerung des Stellbefehls steuernden
Speicherzähler zugeführt werden, dadurch erreicht, daß die durch die überschreitung
der Schwellwerte hervorgerufenen Signale den Und-Toren zugeleitet werden und daß
letztere an ihren zweiten Eingängen von einem dauernd laufenden Ringzähler derart
mit Impulsen beaufschlagt werden, daß bei jedem Umlauf des Zählers jedes einzelne
Tor einen Impuls erhält. Dadurch werden mit zunehmender Störgröße mehr Tore für
diese Impulse durchlässig gesteuert, und daher wird dem Speicherzähler über das
gemeinsame Oder-Tor während eines jeden Ringzählerumlaufs eine dem Betrag der Regelabweichung
proportionale Impulszahl eingespeist. Auf diese Weise gibt der Speicherzähler nach
Auffüllung der in ihm programmierten Stellenzahl ein Ausgangssignal ab.
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Diese beiden bekannten Ausführungen weisen aber noch folgende Mängel
auf: Beim überschreiten des vorgesehenen äußersten Niveaus ist keine unverzögerte
Ingangsetzung der Ausgangsschaltung möglich. Ferner läßt sich der Sollwertbereich
nicht erweitern, ohne den Teilerstrom zu verändern.
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Es war also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Mängel zu beheben,
ohne die Schaltungsanordnung aufwendiger und anfälliger werden zu lassen.
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Zu diesem Zweck wurde die grundsätzlich bekannte Diskriminatorschaltung
vereinfacht. Die sich anschließende Schaltung behebt die oben angeführten Mängel
dadurch, daß außerhalb der und zusätzlich zu den bisherigen Zonen je ein
weiteres Und-Tor an den beiden Enden des Stufendiskriminators zur Erfassung der
extremen Abweichungen vorgesehen ist, dessen einer Eingang über je einen
Trenner an die Verbindungsleitung zwischen Widerstand und Diode der am weitesten
außen liegenden Stufe und dessen anderer Eingang an eine gemeinsame Leitung zum
Impulsformer angeschlosesn ist, während sein Ausgang unter Umgehung des gemeinsamen
Oder-Tores und des sich anschließenden Zählers direkt an ein mit letzterem verbundenes
weiteres Oder-Tor angeschlossen ist, dessen Ausgang zur Auslösung eines unverzögerten
Stellbefehls bei extremen Abweichungen über einen bistabilen Schalter und einen
Impulsgeber bekannter Art der Ausgangsschaltung zugeführt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sollwertbereich
völlig unabhängig von den Niveaus der einzelnen Zählstufen. Dabei tritt nun keine
Verschiebung der Spannungsverhältnisse im Spannungsteiler durch die Diedenströme
mehr auf. Das gleiche gilt dann auch für die relative Lage der Kontrollniveaus zueinander
bei Veränderung der Sollwertzone. Erreicht werden diese Eigenschaften dadurch, daß
die Niveaustufen des Diskriminators unter Wahrung der Linearität des Spannungsteilers
symmetrisch verkleinert sind, indem zwei zusätzliche Diodenzweige angeschlossen
sind. Diese beiden Zweige sind einem besonderen Spannungsteiler zugeordnet, der
aus zwei Einstellwiderständen und drei Festwiderständen besteht. Der zusätzliche
Spannungsteiler liegt ebenfalls an den-Klemmen der Vergleichsspannung.
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Die Schaltung eines Ausführungsbeispiels ist in F i g. 1 dargestellt.
Der Meßwert wird an die Klemme 1 und 2 angeschlossen, zwischen denen der
Eingangs-Belastungswiderstand 3 liegt. Die Klemmen
4 und
5 dienen zum Anschluß der Vergleichsspannung.
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Die Abweichung des Istwertes vom Sollwert wird von einem Diskriminator
erfaßt, der aus den Dioden 6 bis 13 und den Widerständen 14 bis 21
besteht sowie aus dem Spannungsteiler mit den Widerständen 22 bis 30. Dabei
verbinden die Diodenzweige die Eingangsklemme 1 mit den verschiedenen Punkten
unterschiedlichen, aber konstanten Potentials des Spannungsteilers. Die einzelnen
Stufen dieses Spannungsteilers entsprechen dabei den Abweichungen vom Sollwert.
Demgemäß bilden je zwei einander benachbarte Serienschaltungen einen bestimmten
Erfassungsbereich, wobei die dem Spannungsteilerwiderstand 26 zugeordneten
Serienschaltungen 9 mit 17 und 10 mit 18 den Sollwertbereich
eingrenzen. Die Schaltung eines derartigen Diskriminators ist an sich vorbekannt;
die Erfindung bezieht sich allein auf die nachfolgende Anordnung.
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An den Verbindungspunkten zwischen den Dioden 6 bis 13.und
den Widerständen 14 bis 21 liegen jeweils die Trenner 31 bis 38, die
beispielsweise Schmitt-Trigger enthalten und die Aufgabe haben, einmal Rückwirkungen
zu verhindern und zum anderen nur konkrete Schaltzustände weiterzuleiten. An diese
Trenner sind die Und-Tore 39 bis 42 und 43 bis 46 jeweils mit einem ihrer
beiden Eingänge angeschlossen., Die Ausgänge der Tore 40 bis 42 und 43 bis 45 führen
zum gemeinsamen Oder-Tor 47, auf das der Ringzähler 48 folgt. Der Ausgang dieses
Zählers ist mit einem Eingang des Oder-Tores 49 verbunden; die beiden anderen Eingänge
dieses Tores erhalten ihre Signale von den beiden äußersten Niveaustellen des Diskriminators
über die Und-Tore 39 und 46. Die extremen Istwerte werden außerdem dem Oder-Tor
50 mitgeteilt, das die sofortige Nullstellung des Zählers 48 über das Und-Tor
51 veranlaßt, da letzteres auch mit dem Ausgang des weiter unten beschriebenen
Impulsformers verbunden ist.
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Der Ausgang des Oder-Tores 49 ist mit einem bistabilen Schalter
52 und dieser mit einem Impulsgeber 53 verbunden. Der Ausgang des
letzteren steuert die beiden Und-Tore 54 und 55, deren je-
weilige
zweite Eingänge mit den Trennern 34 und 35
verbunden sind. Diese Und-Tore
54 und 55 leiten die positiven oder negativen Regelabweichungen den zuständigen
Schaltschützen 56 und 57 als Schaltbefehle zu. Letztere betätigen
Arbeitskontakte, die den einen der an die Klemmen 58 und 59 oder
60
und 61 angeschlossenen Stromkreise schließen.
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Die Gewinnung der Verzögerungszeit geschieht in bekannter Weise dadurch,
daß der Generator oder Impulsgeber 62 eine Impulsfolge geringer Flankensteilheit
liefert, die' im Impulsformer 63 verbessert wird. Der Impulsteiler 64 schließt
sich an und stellt an seinen drei Ausgängen 65, 66 und 67 jeweils
einen Impuls pro Umlauf des Ringzählers ini Impulsteiler 64 zur Verfügung. Dieser
Impulsteiler 64 ist also dreigliedrig aufgebaut und arbeitet ähnlich wie der Ringzähler
48. Die Speiseleitung 65 ist mit den Und-Toren 42 und 43 verbunden, die Speiseleitung
66 mit den Und-Toren 41 und 44 und schließlich die Speiseleitung
67 mit den Und-Toren 40 und 45. Die Und-Tore 39 und 46 sowie das bislang
noch nicht erwähnie Und-Tor 68 werden über die Leitung 69
direkt vom
Impulsformer 63 gespeist. Die Leitung 69
führt gleichzeitig auch zum
Und-Tor 51, wie bereits schon erwähnt wurde. Diese Anordnung arbeitet nun
folgendermaßen: Der Vergleich des Istwertes mit dem Sollwert erfolgt im Diskriminatorteil,
wobei der Spannungsabfall am Widerstand 3 dem Istwert entspricht und durch
Vergleich mit den einzelnen Spannungen des Spannungsteilers zwischen den Anschlüssen
4 und 5 in einen entsprechenden Meßwert verwandelt wird. Die Auswertung der
Meßwerte geschieht wie folgt: Liegt der Istwert innerhalb des Sollwertbereiches,
wobei die Trenner 34 und 35 nicht erregt werden, ist das Und-Tor
68 so vorbereitet, daß alle Impulse aus dem Impulsformer 63 über die
Leitung 69 den Zähler 48 und den bistabilen Schalter 52 auf Null stellen.
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Überschreitet jedoch der Istwert die zulässige Regelabweichung nach
oben oder unten, so daß die Trenner 34 bzw. 35 erregt werden, jedoch
33 bzw. 36 noch nicht, dann wechselt das Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung
dieser Trenner, so daß das Und'
Tor 68 durch ein »0-Signal« gesperrt
wird und die Und-Tore 42 bzw. 43 durch ein »L-Signal<## vorbereitet werden. Nunmehr
werden alle Impulse auf der Leitung 65 des Impulsteilers 64 über das gemeinsame
Oder-Tor 47 in den Zähler 48 eingespeist. Gleichzeitig bereiten die Trenner 34 bzw.
35 die Und-Tore 54 bzw. 55 für richtungsabhängige Stellbefehle vor.
Sind über die Und-Tore 42 bzw. 43 und das Oder-Tor 47 genügend Impulse aus dem Impulsteiler
64 über die Leitung 65 in den Zähler 48 gelangt, so daß er aufgefüllt ist,
wird über das Oder-Tor 49, -den bistabilen Schalter 52, den Impulskontaktgeber
53 und über das vorbereitete Und-Tor 54 bzw. 55 ein Stellbefehl an
die Schaltschütze 56 bzw. 57 abgegeben.
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Wird die Regelabweichung nach oben oder unten größer, so daß die Trenner
33 bzw. 36 erregt werden, so wer-den die Und-Tore 41 bzw. 44 so vorbereitet,
daß alle Impulse des Impulsteilers 64 über die Leitung 66 und das Oder-Tor
47 in den Zähler 48 gem langen. Der Zähler wird also mit den Impulsen aus den beiden
Ausgangsleitungen 65 und 66 beschickt, so daß er sich in der halben
Zeit auffüllt. Dementsprechend erfolgt auch der Stellbefehl in der halben Zeit.
Für den Fall noch größerer Abweichungen vom Sollwert werden die Trenner
32 bzw. 37 erregt; es werden zusätzlich noch, die Impulse aus dem
Ausgang 67 in den Zähler 48 geleitet. Dies führt zu einem noch schnelleren
Auffüllen des Zählers, beispielsweise in einem Drittel der Zeit.
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Sollte die Abweichung des Istwertes vom Sollwert aber einen derartigen
Anstieg nach oben oder unten haben, daß auch die Trenner 31 bzw.
38 erregt werden, wird eine Schnellreglung dadurch ausgelöst, daß alle Impulse
des Impulsformers 63 über die Ausgangsleitung 69, die Und-Tore
39 bzw. 46 und das Oder-Tor 49 in den bistabilen Schalter 52 gelangen,
so daß die Stellbefehle über den Impulskontaktgeber 53 sofort gegeben werden.
Gleichzeitig damit bereiten die Trenner 31 bzw. 38 über das Oder-Tor
50 das Und-Tor 51 so vor, daß alle Impulse des Impulsformers
63 den Zähler 48 auf Null stellen. Letzteres hat den Zweck, daß sich der
Zähler in seiner Nullstellung befindet, wenn die Regelabweichung wieder kleiner
wird und die Trenner 31 bzw. 38 nicht mehr erregt werden. Die Regelung
kann somit für den normalen Regelbereich sinngemäß von vom beginnen.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist der Sollwertbereich durch den
Widerstand 26 zwischen den Diodengliedem 9 mit 17 und
10 mit 18 fixiert. Dabei
ist es grundsätzlich möglich,
durch eine Änderung des zwischen den Klemmen 4 und 5 liegenden Spannungsteilers,
der die Widerstände 22 bis 30 umfaßt, die Niveaus symmetrisch so zu verkleinern,
daß die Summe der Spannungsabfälle an den Widerständen 22, 26 und
30 gleichbleibt. Dadurch würde die Spannungsstaffelung zwischen den Klemmen
4 und 5
zwar erhalten bleiben, die Linearität aber wäre gestört. Diese Möglichkeit
ist in der Praxis aber nicht immer befriedigend, vor allem deshalb nicht, weil die
Verhältnisse im Spannungsteiler durch die Diodenströme eine Verschiebung erfahren
und die Verschiebung der extremen Regelbereiche mit der Veränderung der Sollwertgrenze
nicht immer wünschenswert ist.
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Um diese unerwünschte Möglichkeit auszuschließen, ist in F i
g. 2 eine Variante der Erfindung dargestellt. Bei dieser Schaltung ist der
Sollwertbereich völlig unabhängig von den Niveaus der einzelnen Regelbereiche, wobei
aber die Art zur Gewinnung der Verzögerungszeit die gleiche ist wie in der beschriebenen
Grundschaltung.
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Zur Gewinnung einer von der Staffelung der Impulshäufigkeit unabhängigen
Sollwertzone sind zwei zusätzliche Diodenzweige 70 mit 71 und
72 mit 73
so angeschlossen, daß sie einem besonderen Spannungsteiler
zugeordnet sind, der aus den Einstellwiderständen 74 und 75 und den Festwiderständen
76, 77 und 78 besteht.
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Dieser zusätzliche Spannungsteiler liegt gleichfalls an den
Klemmen 4 und 5, an welche die Vergleichsspannung angeschlosesn ist.
Die beiden Trenner 34 bzw. 35 sind jetzt allein mit den Und-Toren 42 bzw.
43 verbunden, während die zusätzlichen Trenner 79
und 80 mit dem Und-Tor
68 und den Und-Toren 54 bzw. 55 in Verbindung stehen.
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Der auf diese Weise neu entstandene Sollwertbereich wird somit von
den Diskriminatorgliedern 70
mit 71, bzw. 72 mit 73 gebildet.
Die Dioden dieser Glieder werden von dem neuen Zweig des Spannungsteilers über die
beiden Abgriffe der Regelwiderstände 74 bzw. 75, die gegensinnig miteinander
mechanisch gekuppelt sind, vorgespannt.
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Durch diese Schaltungsanordnung werden gleichzeitig zwei weitere feste
Niveaus im Regelbereich geschaffen. Innerhalb des durch die Einstellung der Potentiometer
74 und 75 bestimmten Sollwertbereiches wird die Nullstellung des Zählers
48 und die Aufrechterhaltung der Ruhelage des bistabilen Schalters 52 durch
die Zuführung von Impulsen über das Und-Tor 68 gewährleistet. Die Funktion
des Und-Tores, das den Trennem 79 und 80 mit der Impulszuleitung
69 nachgeordnet ist, ist identisch mit der gleichen Anordnung in der Grundschaltung
gemäß Fig. 1.
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Bei dieser -Anordnung bleibt die lineare Zuordnung von Impulszahlen
pro Zeiteinheit zur Sollwertabweichung von der Mitte des Sollwertbereiches aus erhalten.
Die beiden Trenner79 und 80 bilden zusammen mit den Potentiometern 74 und
75 exakt einstellbare Niveaugrenzen für den Sollwertbereich. Es ist also
möglich, die Stufenkombination 17 mit 9
bzw. 18 mit
10 symmetrisch so nahe, wie es schaltungstechnisch nur erreichbar ist, an
das Niveau »Regelabweichung Null« zu legen.
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Damit ergibt sich als Vorteil, daß der Zähler48 über die Trenner79
und 80 auf Null gestellt wird. Spricht ein Niveautrigger an, so wird das
Und-Tor 68
gesperrt, und der Zähler 48 beginnt die über die Tore 42 und 47
eintreffenden Impulse des ersten Niveaus zu zählen, da es nunmehr keine Nullstellungsimpulse
mehr vom Und-Tor 68 bekommt.