DE1944926C - Fuhrungsspannungsgenerator fur Programmgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Führungsspannungsgenerator für Programmgeber, insbesondere für Temperaturregler, mit einem Führungspotentiometer, dessen Schleifer durch einen Motor antreibbar ist.

Die Zeitplanregelung einer physikalischen Größe wie der Temperatur eines umschlossenen Raums, z. B. eines Widerstandsofens, geht folgendermaßen vor sich:

Der von einem die Temperatur des umschlossenen Raums messenden Thermoelement gewonnenen Spannung wird eine Führungsspannung mit entgegengesetztem Vorzeichen überlagert, die zu jedem Zeitpunkt gleich demjenigen Wert ist, den das Thermoelement liefern müßte, damit die Temperatur sich mit der Zeit gemäß einer vorgegebenen Funktion Θ = /(r) ändert, wobei die gemessene Spannung U = F(t) sein soll.

Wenn die vom Thermoelement abgegebene Spannung U_T( kleiner als die Führungsspannung U_T ist, ist die Regelabweichung U₁, = U_TC — U_r negativ, so daß der Regler automatisch eine Erhöhung der dem umschlossenen Raum zugeführten Wärme auslöst.

Wenn umgekehrt U_TC größer a's U_c ist, ist die Regelabweichung U_e positiv, so daß der Regler eine Verringerung von U_TC veranlaßt, indem die zugeführte Wärmemenge verringert wird.

Der Regler dient also dazu, U_e möglichst gleich Null zu machen, so daß die Temperatur des umschlossenen Raums sich in Abhängigkeit von der Zeit gemäß einer Funktion ändert, die der Sollwert-Funktion (-) = j(t) sehr nahe kommt.

Die erste Schwierigkeit bei einer derartigen Zeitplanregelung besteht darin, eine zeitlich variable Führungsspannung entsprechend der oben angegebcnen Funktion U = F(t) zu erzeugen.

In vielen Fällen ist diese Funktion aus einer Folge von Intervallen mit linearem Verlauf zusammengesetzt. Das trifft auch auf den Führungsgenerator gemäß der Erfindung zu.

Am gebräuchlichsten zur Erzeugung einer einer Sollwert-Funktion U = F(i) gehorchenden Führungsspannung ist eine Kurvenscheibeneinrichtung (z. B. bei Zeitplanreglern der Gesellschaft S.E.R.E.L.E.C. in Paris). Diese hat einen mit konstanter Drehzahl angetriebenen Zylinder, auf dem eine Kurvenscheibe aus Wcichplastik abrollt, die einen Umriß entsprechend dem durchzuführenden Programm, d. h. der Führungsfunktion U — FU), hat. Ein Zeiger liegt an dieser Kurvenscheibe an und verschiebt sich entsprechend deren Verlauf auf einer Mantcllinic des Zylinders. Dieser Zeiger steuert die Drehung eines Potentiometers, das die Fülirungsspannung abgibt.

Fine derartige KurvcnsdieibcncinrichUing hat jedoch verschiedene Nachteila:

1. Für jedes Programm, d. h. für jede ί iilirungsfunktion U =·■ F(I), muß eine Kurvenscheibe mit genau definiertem Umriß hergestellt werden, was umständlich und aufwendig ist.

2. Die Umrißhcrstellung der Kurvenscheibe führt zu Fehlern, und das Positionieren dieser Kurvenscheibe am Zylinder ist sehr schwierig.

Ks ist ferner ein Sollwertgeber bekanntgeworden (vgl. deutsche Patentschrift IO77 3OI), bei dem die beweglichen AbgrilTc zweier parallel zueinander in einem Stromkreis liegender Potentiometer mil zwei Klemmen eines dritten Potentiometers verbunden sind, das einen mit konstanter Geschwindigkeit beweglichen Schleifkontakt aufweist, der den zwischen festen und beweglichen Anschlüssen liegenden Widerstandsbereich des dritten Potentiometers durchläuft und eine sich kontinuierlich ändernde Sollwertspannting liefert, deren Anfangs- und Endgröße durch die Stellung der beweglichen Abgriff-: des ersten und des zweiten Potentiometers bestimmt ist. Durch Verstellen einer Klemme des dritten Potentiometers kann der Laufbereich des Schleifkontakts verändert werden. Bei diesem bekannten Sollwertgeber bzw. Führungsspannungsgenerator ist jedoch nachteilig, daß infolge der konstanten Geschwindigkeit des Schleifkontakts des dritten Potentiometers die Führungsspannung sich nur linear mit der Zeit ändern kann. Das stellt eine beträchtliche Einschränkung des Anwendungsbereichs des bekannten Führungsspannungsgenerators dar, da in den meisten praktisch wichtigen Fällen die Führungsspannung eine beliebige Zeitfun! tion sein soll.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Führungsspannungsgenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß damit die Führungsspannung als beliebige Zeitfunktion approximiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl des Motors auf η umschaltbare Drehzahlen, durch eine Spannungsquelle zur Erzeugung von η umschaltbaren Bezugsspannungen, durch einen·Vergleicher mit zwei Eingängen, von denen der erste an den Ausgang des Führungspotentiometers, angeschlossen ist, während in den zweiten nacheinander je eine der η Bezugsspannungen der Spannungsquelle einspeisbar ist, durch eine vom Vergleicher gesteuerte Verzögerungseinrichtung, die η umschaltbare Zeitintervalle erzeugen kann, und durch eine Unischalteinrichtung.

Da die Drehzahl des den Abgriff des Führungspotentiometers antreibenden Motors auf η umschaltbare Werte einstellbar ist, wobei die Spannungsquelle zur Erzeugung von u umschaltbare Bezugsspannungen und die /7 umschaltbare Zeitintervalle erzeugende Verzögerungseinrichtung und die Umschalteinrichtung zum Umschalten der Drehzahl vorgesehen sind, nimmt die Führungsspannung den Verlauf eines aus linearen Abscnnitten zusammengesetzten Kurvenzugs an, deren Anstieg von der jeweils vorhandenen Motordrehzahl abhängt, so daß vorteilhafterweise innerhalb der Grenzen des Drchzahlbereichs jede beliebige Zeitfunktion für die Führungsspannung approximiert werden kann.

In vorteilhafter Weitcrbildu!!;; der Erfindung ist der Antriebsmotor des Potentiometers ein impulsgesteucrlcr Schrittschaltmotor. Demgegenüber war es bisher lediglich bekannt (ETZ-B, 1966, S. 90), /um numerischen Steuern von Werkzeugmaschinen als mechanische Digital-Analog-Wandlcr und überall dort, wo Impulsfolgen in genau definierte Drehbewegungen verwandelt werden müssen, Schrittschallmotoren zu benutzen.

Zweckmäßigerwcise kann ein zweites Potentiometer vorgesehen sein, das auf der gleichen Welle wie das Fiilmingspotcntiomctcr montiert ist, aber eine andere Charakteristik (Widerstand und Versorgungsspannung) besitzt, um die Genauigkeit der Spannungsstufcn zu erhöhen. Das zweite Potentiometer ist an den ersten Eingang des Vergleichen an Stelle des Führungspotentiotneters angeschlossen. Diese Anordnung erlaubt, den Regelkreis vollständig unabhängig vom Programmgeber zu machen.

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Wenn der Antriebsmotor des Führungspolenliometers ein Schrittschaltmotor ist, kann die Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl dieses Motors vorzugsweise ein Unijunctiontransistor-Impulsgenerator :,ein, dessen Eingang an die Elektroden einer Kapazi-Ii,ι angeschlossen isi, deren Ladekreis η umschaltbare Widerstände aufweist.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

1 i g. 1 das Blockschaltbild des Fühnmgsspannungsgenerators gemäß der Erfindung,

Fig. 2 das Schaltbild eines Impulsgenerators, der ;iie Drehzahl des Antriebsmotors für das Führungspuientiometer steuert und

F i g. 3 das Schaltbild einer Schaltungsstufe der Ver/ogerungsschaltung.

Der Führungsspannungsgenerator gemäß der Erfindung wird im folgenden in seiner Anwendung als Programmgeber eines Temperaturreglers für einen Widerstandsofen beschrieben.

Die Führungs- oder Sollspannung wird an den Anschlüssen eines »10-Umdrehungene-Führungspotentiometers/^> _f (Fig. 1) erhalten, das mit einer auf 5OmV geregelten Gleichspannung versorgt wird. Es hat einen Gcsamtwidersland von 2,5 Ω (dem kleinsten kommerziell erhältlichen Wert), so daß die von seinem Schleifer abgegebene Spannung als "on einem idealen Spannungsgenerator (mit verschwindendem innenwiderstand) abgegeben betrachtet werden ^;ιπη.

Die Ausgangsspannung des Führungspotentiometers P_c und die eines Thermoelements 10 eines Temperaturreglers 20 werden gegenphasig überlagert. Dieser Regler gewahrleistet eine sehr kleine Differenz /wischen den beiden Spannungen (bei gUicr Regelung von weniger als 20 μV).

Es genügt, den Schleifer des Führungspotentiometers P₁. so zu steuern, daß er die Soll-Kurve durchliiuft, die die Temperatur als Funktion der Zeit gibt.

Diese Steuerung wird vorteilhafterweise durch einen Schrittschaltmotor 2 vorgenommen, dessen Drehzahl durch den Benutzer (Einstellung der Anstiege) gesteuert und dessen Drehsinn umgesteuert werden kann (für die zu- und abnehmenden Teile der Kurve).

Um den Bereich der üblicherweise verwendeten Anstiege zu überstreichen, muß eine Einrichtung vorgesehen sein, die Einstellungen der Anstiege von 0,2' Γ/πιπί bis 20" (7mrn erlaubt, was für die Steuerung des rührungspotcntiometers P_c einen Motor erforderlich macht, der durch einfache Einstellung eine im Verhältnis 1 : 100 veränderliche Drehzahl annehmen kann.

Der Schrittschaltmotor 2 erlaubt die Oberstreicluing dieses Dreh/ahlbcreichs bei Steuerung durch einen Impulsgenerator, dessen Frequenz in diesem Verhältnis 1 : 100 variieren kann. Vorzugsweise wird ein Unijunctiontransistor-Üszillator verwendet. In Fig. 2 ist das Schaltbild eines derartigen Steucroszillators für die Drehzahl des Schrittschaltmotor abgebildet. Der Oszillator hat eine Einrichtung 3 zur Formung von Nadelimpulsen, einen Transistor 11, dessen Eingangskreis an die Anschlüsse einer Kapazität 17 angeschlossen ist, die über einen Widerstand 18 durch eine nicht abgebildete Spannungsquellc aufgeladen wird, und einen elektronischen Umschalter 4, der eine schnelle Umschaltung am Schrittschaltmotor erlaubt, der 48 Stellungen während einer Umdrehuni! einnehmen kann. Auf den Motor 2 folgt ein Untersetzungsgetriebe mit einer Liniersetzung von I : 1000.

Unter diesen Bedingungen müssen 48 Impulse vom Unijunctiontransistor-Oszillalor abgegeben werden, damit der Motor 2 eine Umdrehung ausführt, und 48 000 Impulse für eine Umdrehung am Abtriebsende des Untersetzungsgetriebes, was eine Einstellungsdefinition für das Führungspolentiometer P_c von Άηοπο für eine Umdrehung und von '/imiqim für ίο die Einstellungseinheit (»lU-Umdrehungene-Potentiometer P_r) ergibt. Der elektronische Umschalter 4 hat zwei Eingänge 5 und 6, die durch die Nadelimpulse über zwei Kippstufen 12 und 13 den Motor 2 im einen oder anderen Drehsinn rotieren lassen.

Einstellung der Kurvenanstiege

Die Größe des Anstiegs wird durch Festlegen des Wertes des Widerstandes 18 und damit der Ladezeitkonstante der Kapazität 17 boiimmt. Zu diesem ao Zweck schaltet man zwischen verst hiedenen Widerständen um, die vorher auf einen bestimmten Wert eingestellt worden sind.

Da eine Spannung von 50 mV an den Anschlüssen des i ührungspotentiometers P_c anliegt, entsprechen as 5 mV einer Umdrehung.

Der Bediener kann nach Belieben die Einstellung während der Bedienung verändern.

Ein »10-Umdrehungs«-Potentiome(er erlaubt eine Einstellung mit einer Genauigkeit, die bedeutend höher als im allgemeinen erforderlich ist.

Zwischen das Untersetzungsgetriebe 7 und das

Potentiometer P₍ wird eine elektrische Kupplung 8 geschaltet, die gleichfalls dem Bediener erlaubt, die Führungsspannung stufenweise zu ändern, indem er das Potentiometer von Hand bedient.

Einstellung der Stufen der Kurve

Vorteilhafterweise ist ein zweites »10-Umdrehungs«-Potentiometer 1 von 1OkQ vorgesehen, an dem 30 V anliegt und das auf der gleichen Welle wie das Führungspotentiometer P_c montiert ist, wobei sein Schleifer in der gleichen Stellung wie der Schleifer des Potentiometers P₁. ist, so daß beide Potentiometer zu jedem Zeitpunkt den gleichen Bruchteil von Spannung an ihren Anschlüssen angeben.

Die vom Schleifer des Potentiometers 1 gelieferte Spannung hat während der ganzen Umdrehung entgegengesetztes Vorzeichen zu den von Stufenstellpo'cntiometcrn S₁, S.„ .S'., (vgl. weiter unten: Einstellung der Intcrvalldauer) gelieferten Spannungen, wobei an den Potentiometern .V₁, !',.,. S._s ebenfalls 30 V über eine Umschalteinrichtung 21 anliegen. Entsprechend ihrem Vorzeichen dient die so mit Hilfe des Vergleichers 9 erhaltene Spannuiigsabweichung zum Ein- oder Ausschalten des Schrittschaltmotors 2. Ihr Null-Durchgang steuert eine Verzögerungsschaltung 24, v/o sie die Dauer einer Stufe bestimmt. Die Verzögcrungsschaltung 24 wirkt unter anderem auf die Umschaltcinrichtung 21, um auf den Wert der folgenden Stufe umzuschalten.

Das Anhalten des Motors und damit die Stufenbildung dauern so lange wie die Zeit, die für die Verzögerung der ersten Stufe eingestellt ist.

Einstellung der Dauer der Stufen der Kurve

Diese wird durch die Verzögerungsschaltung 24 vorgenommen, die aus mehreren Schaltungs>tufen nc-

steht. Die Vcrzögeriingsschaltiing steuert das Umschalten der Drehzahl des Schrittschaltmotors 2. Jede Schaltiingsstiife hat beispielsweise als Oszillator einen LJnijunctiontransistor 14. der ein Thyratron 15 steuert, das seinerseits ein Relais 16 steuert (vgl. Γ ig. 3).

Der Unijuiuliontransistor hat eine große Eiingangsimpcdanz. die große Zeitkonstanten ermöglicht.

Um eine nach Stunden und Minuten hinreichend genaue [Einstellung zu ermöglichen, wird die Verzögerung in zwei Stufen vorgenommen.

Jede Schaltungsstufe hat eine Schaltung gemäß Fig. 3, in der der Wert des Widerstands 22 fest ist, damit die Aufladung der mit ihm verbundenen Kapazität 23 mit einer Zeitkonstanten vor sich geht, die der gewünschten Dauer (in Stunden oder Minuten) entspricht. Wenn die in Stunden eingestellte Dauer in der ersten Schaltiingsstufe abgelaufen ist, schaltet das Relais 16 der ersten die zweite Schaltungsstufc ein, die die zu addierende Dauer in Minuten bc- ao stimmt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Führungsgenerator für Programmgeber, ins- »5 besondere für Temperaturregler, mit einem Führungspotentiometer, dessen Schleifer durch einen Motor antreibbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl des Motors (2) auf « umschaltbare Drehzahlen, durch eine Spannungsquclle zur Erzeugung von /1 umschaltbaren Bezugsspannnungen, durch einen Vcrgleicher (9) mit zwei Eingängen, von denen der erste an den Ausgang des Führungspotentiometers (P_r) angeschlossen ist, während in den zweiten nacheinander je eine der /1 Bezugsspannungen der Spannungsquelle einspeisbar ist, durch eine vom Vergleicher ge steuerte Verzögerungseinrichtung (24), die /1 umschaltbarc Zeitintervalle erzeugen kann, und durch eine Umschaltcinrichtung (21).

2. Generator nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor des Potentiometers (l\) ein impulsgesteuerter Schrittschaltmotor (2) ist.

3. Generator nach Anspruch I. gekcnnzcich net durch ein zweites Potentiometer (1). das auf der gleichen Welle wie das Führungspotentiometer (P_r) montiert ist, aber eine andere Charakteristik wie Widerstand und Speisespannung be sitzt, um die Genauigkeit der Spannungsstufen zu verbessern, und an den ersten Eingang des Vergleichers (9) an Stelle des Führungspotentiometers angeschlossen ist.

4. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Drehzahl des Schrittschaltmotors (2) ein Unijuncliontransistor-Impulsgenerator (3, 11, 4) ist. dessen Eingang an die Elektroden einer Kapazität angeschlossen ist, deren Ladekreis η umschaltbare Widerstände aufweist.

5. Generator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung (24) durch η Verzögerungsschaltungen gebildet ist, die jeweils ein Zeitintervall erzeugen.

6. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsschaltung durch einen UntjunctioiKransistor-Oszillator (14) mit bestimmter Frequenz gebildet ist, der ein Thyratron (15) steuert, das ein Relais (16) steuert (Fig. 3).

7. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungsschaltung durch Grundkreise gebildet wird, die beispielsweise die Anzahl der Stunden und Minuten bestimmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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