DE2005114A1

DE2005114A1 - Control circuit to achieve a similar temperature rise or fall in an electric furnace

Info

Publication number: DE2005114A1
Application number: DE19702005114
Authority: DE
Inventors: Günther Dr 5070 Odenthal Margamtz Alfred 5070 Bergisch Gladbach G05d 23 24 Hentze
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1970-02-05
Filing date: 1970-02-05
Publication date: 1971-08-19

Description

Regelschaltung zur Erzielung eines zeitlinearen Temperaturanstieges bzw. Abfalles in elektrischen Öfen.Control circuit to achieve a linear temperature rise or waste in electric ovens.

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung für einen zeitlinearen Temperaturanstieg bzw. -abfall in elektrischen Öfen unter Verwendung eines zeitlinearen Sollwertgebers.The invention relates to a control circuit for a time linear Temperature rise and fall in electric ovens using a time linear Setpoint generator.

Ein solcher zeitlinearer Aufheiz- bzw. Abkühivorgang ist flir bestimmte meßtechnische Untersuchungen, z.B. für die Differentialthermoanalyse,erforderlich. Dabei sollte auch die Aufheiz- bzw. Abkühlrate in einfacher Weise zu verändern aein.Such a time-linear heating or cooling process is for certain Metrological investigations, e.g. for differential thermal analysis, are required. The heating or cooling rate should also be able to be changed in a simple manner.

Es wurde nun zu diesem Zweck eine Regelschaltung entwickelt, bei der zwischen Regler und einem nach dem Prinzip der Phaßenanachnitteßteuerung arbeitenden elektrischen Stellglied ein Funktionsgenerator geschaltet ist, der die Funktion NlUar), d.h. die Heizleistung in Abhängigkeit von der Reglerausgangsspannung, liniaresiert. Auf diese Weise wird die nichtlineare UbertragungaSunktion des Stellgliedes auf eine lineare Punktion reduziert und eine optimale Anpaseung der Reglerparameter ermöglicht.For this purpose, a control circuit has now been developed in which between controller and one working according to the principle of phase adjustment electrical actuator is connected to a function generator that performs the function NlUar), i.e. the heating power depending on the controller output voltage, linearized. In this way, the non-linear transfer function of the actuator is increased a linear puncture reduced and an optimal adjustment of the controller parameters enables.

Vorteilhaft besteht der Sollwertgeber für die Regelschaltung aus einem elektronischem Integrator, der eine konstante Eingangsspannung aufintegriert. Um verschiedene Aufheiz- bzw.The setpoint generator for the control circuit advantageously consists of one electronic integrator that integrates a constant input voltage. Around different heating or

Abkühlraten einzustellen, braucht dann nur die Eingangsspannung stufenweise variiert zu werden.To set cooling rates, you then only need to adjust the input voltage in stages to be varied.

Mit diesem Sollwertgeber lassen sich Aufheiz- bzw. AbkUhlzeiten bis zu etwa zwei Stunden realisieren. Wenn längere Aufheiz- bzw. Abkühlzeiten erforderlich sind, wird vorteilhaft ein Sollwertgeber verwendet, der aus einem Impulsgenerator konstanter Frequenz, einem Digitalzähler und einem Digital-Analogwandler besteht.With this setpoint generator, heating and cooling times can be set up to to realize about two hours. If longer heating or cooling times are required are, a setpoint generator is advantageously used, which consists of a pulse generator constant frequency, a digital counter and a digital-to-analog converter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild des Regelkreises, Figur 2 ein Blockschaltbild des Phasenanschnitt-Stellgliedes, Figur 3 die normierte vom Stellglied abgegebene elektrische Leistung als Funktion der Stellgliedeingangaspannung Ue, Figur 4 ein Beispiel für die Ermittlung der Funktion Ue(Uar), die Stellgliedeingangsspannung U5 in Abhängigkeit der Reglerausgangespannung Uar, und Figur 5 ein Schaltungebeispiel für einen Funktionsgenerator.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. They show: FIG. 1 a block diagram of the control loop, Figure 2 is a block diagram of the phase control actuator, FIG. 3 the normalized electrical power output by the actuator as a function the actuator input voltage Ue, Figure 4 shows an example for determining the function Ue (Uar), the actuator input voltage U5 as a function of the controller output voltage Uar, and FIG. 5 shows a circuit example for a function generator.

Die Ofentemperatur wird mit einem Thermoelement 1 gemessen, das mit dem Istwert-Eingang des Reglers 2 verbunden iet. Der Sollwertgeber 3 ist an den Sollwert-Eingang des Reglere 2 angeschlossen. Der zeitlineare ansteigende bzw. abfallende Sollwert ergibt sich als Ausgangepannung eines elektroniechen Integrators, der eine konstante Eingangespannung aufintegriert.The oven temperature is measured with a thermocouple 1 with connected to the actual value input of controller 2. The setpoint generator 3 is on the Setpoint input of controller 2 connected. The linear rising or falling The nominal value results from the output voltage of an electronic integrator, the one constant input voltage integrated.

Wenn sehr lange Aufheizzeiten benötigt werden (mehr ale zwei Stunden) wird anstelle des elektronischen Integratore ein Sollwertgeber verwendet, der aus einem Impulegenerator konstanter Frequenz, einem Digitalzähler und einem Digital-Analogwandler besteht. Der Regler 2 besteht in bekannter Weise aus einem Operationsverstärker mit Gegenkopplungsnetzwerk zur Erzeugung einer komplexen Übertragungsfunktion mit PID-Verhalten.If very long heating times are required (more every two hours) a setpoint generator is used instead of the electronic integrator used, that of a pulse generator of constant frequency, a digital counter and a There is a digital-to-analog converter. The controller 2 consists of a known manner Operational amplifier with negative feedback network for generating a complex transfer function with PID behavior.

Das Stellglied 5 besteht aus einer Thyristorstufe 6 mit zugehöriger Steuerschaltung für den Phasenanschnitt. Die Steuerschaltung setzt sich zusammen aus einem Integrator 7, einem Trigger 8 und einem Impulshöhenbegrenzer 9. Erreicht die Ausgangsspannung des Integrators den Triggerpegel Ut des nachfolgenden Schmitt-Triggers 7, so kippt dieser um und löst damit einen Durchschaltimpuls für den Thyristor 5 aus.The actuator 5 consists of a thyristor stage 6 with associated Control circuit for the phase control. The control circuit is composed from an integrator 7, a trigger 8 and a pulse height limiter 9. Achieved the output voltage of the integrator the trigger level Ut of the subsequent Schmitt trigger 7, it tips over and thus triggers a switching pulse for the thyristor 5 the end.

Zur Synchronisierung dieser Schaltimpulse mit der Neztfrequenz, wird der Integrator 7 in den Nulldurchgängen der Netzspannung auf seinen Anfangswert zurückgesetzt. Durch Variation der Eingangsspannung Ue und geeigneter Dimensionierung der Zeitkonstantenrl des Integrators, läßt sich der Schaltzeitpunkt des Thyristors im Bereich von ungefähr 0 bis T/2 verändern (T = Periodendauer). Dadurch kann man die Leistungsabgabe an den Ofen kontinuierlich von Null bis auf einen Maximalwert einstellen. Entsprechend der Funktionsweise des Stellgliedes läßt sich die auf den Maximalwert bezogene abgegebene Beistunga ableiten und man erhält: N -NN = U 1 Sin = 1 - 2 max T'Ue -e TsUe In Figur 3 ist diese Funktion dargestellt.To synchronize these switching pulses with the mains frequency, the integrator 7 to its initial value in the zero crossings of the mains voltage reset. By varying the input voltage Ue and suitable dimensioning the time constant r1 of the integrator, the switching time of the thyristor change in the range from approximately 0 to T / 2 (T = period duration). That way you can the power output to the furnace continuously from zero to a maximum value to adjust. According to the mode of operation of the actuator can be on the Derive maximum value-related output a and one obtains: N -NN = U 1 Sin = 1 - 2 max T'Ue -e TsUe This function is shown in FIG.

Zur Linearisierung der Funktion N(Uar) bzw. (Uar) mit Uar als Reglerausgangespannung wird zwischen Regler und Leistungsstufe ein Funktonegenerator 3 geschaltet. Die Funktion des Funktionagenerator Ue(Uar) wird Bo eingestellt, daß eie in Verbindung mit G1.(1) eine lineare Funktion 4 (Uar) ergibt.For the linearization of the function N (Uar) or (Uar) with Uar as controller output voltage a function generator 3 is switched between the controller and the power stage. the Function of the function generator Ue (Uar), Bo is set that eie in link with equation (1) results in a linear function 4 (Uar).

Auf graphischem Wege (Figur 4) läßt sich die gesuchte Funktion Ue (Uar) durch Projektion der Funktion(Ue) an der vorgegebenen Geraden E (Uar) ermitteln. Die Funktion Ue (Uar) wird von dem Funktionsgenerator durch einen Sehnenzug approximiert, der durch ein vorgespanntes Dioden-Widerstandsnetzwerk mit nachfolgendem Verstärker erzeugt wird. Figur 5 zeigt ein Beispiel für einen Funktionsgenerator. Durch unterschiedliche Vorspannungen beginnen die Dioden bei verschiedenen Werten der Eingangsspannung zu leiten. Die Anzahl der Dioden erhält man aus dem vorgegebenen maximalen Prinzipfehler der Approximation. Die Widerstände berechnen sich aus den Steigungsänderungen des Sehnenzuges bei verschiedenen Eingangsspannungen.The function Ue Determine (Uar) by projecting the function (Ue) on the given straight line E (Uar). The function Ue (Uar) is approximated by the function generator using a chord, through a biased diode resistor network with a downstream amplifier is produced. Figure 5 shows an example of a function generator. Through different The diodes start biasing at different values of the input voltage to direct. The number of diodes is obtained from the specified maximum principle error the approximation. The resistances are calculated from the changes in the slope of the Chord tension at different input voltages.

Claims

Patent claims:

C Control circuit for a linear temperature rise or fall in electric ovens using a time-linear setpoint generator, thereby characterized in that between controller (2) and one based on the principle of phase control working electrical actuator (5) a function generator (4) is connected, which (was) the function N, i.e.

the heating output as a function of the controller output voltage, linearized.

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the Setpoint generator (3) in a manner known per se from an electronic integrator exists, which integrates a constant input voltage.

3. Control circuit according to claim 1, characterized in that the Setpoint generator (3) from a pulse generator of constant frequency a digital counter and a digital-to-analog converter (required for longer heating times, 2h).