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Überwachungseinrichtung für eine Regelanordnung Bei Regelungen, z.B.
bei der Geschwindigkeitsregelung von Fahrzeugen, bei Iemperaturregelungen o.dgl.,besteht
die Gefahr, daß bei Ausfall von Bauteilen, Drahtbruch oder Ausfall des Istwertes
die Regelgröße unzulässig erhöht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit der in der Regeleinrichtung Fehler, die einen gefahrvollen
Ablauf hervorrufen können, erfaßt werden. Dabei soll die Überwachungseinrichtung
eigensicher arbeiten. Die Lösung besteht darin, daß eine Überwachungsschaltung vorgesehen
ist, in der ein Vergleich zwischen einem mit einer Wechselspannung modulierten Istwert
und dem Sollwert in der Weise vorgenommen ist, daß nach dem Vergleich im ungestörten
Zustand ein Signal mit Polaritätswechsel und im gestörten Zustand ein Gleichspannungssignal
auftritt, das als Auslösekriterium dient.
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Auf diese Weise werden Fehler, die ein Überschreiten des Istwertes
ueber den Sollwert in der Regeleinrichtung und in der Regelstrecke hervorrufen,
und innere Fehler der Überwachungseinrichtung unverzüglieh erfaßt und gemeldet,und
es können auch selbsttätig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
fig. 1 einen vereinfacht
dargestellten Regelkreis mit der zugehörigen Überwachungsschaltung, Fig. 1a bis
id Signaldiagramme zu Fig. 1, Fig. 2 eine Geechwindigkeitsregeleinrichtung fiir
Triebfahrzeuge und Fig. 3 eine Ausbildung der in Fig, 2 als Blocksymbol dargestellten
Auslöseschaltung.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Regelkreis wird die Regelstrecke 1
durch eine Heizeinrichtung eines elektrischen Ofens gebildet. Die zu überwachende
Temperatur wird als negativer Istwert -x einer Regeleinrichtung 2 zugeführt. Der
Regeleinrichtung 2 wird ferner von einem nicht dargestellten Sollwerteinsteller
ein Sollwert z zugeleitet. Die in der Regeleinrichtung 2 gebildete Stellgröße y
wirkt auf die Regelstrecke 1 derart ein, daß der Istwert -x einen dem Sollwert z
entsprechenden Wert annimmt und beibehält. Bei Störungen innerhalb der Regelstrecke
1 oder bei Ausfall eines Bauelements in der Regeleinrichtung 2 bzw. bei Drahtbruch,
auch im Istwertkanal,besteht die Gefahr, daß die Temperatur--x gefährliche Werte
annimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Regelkreis ist eine Überwachungsschaltung 3 vorgesehen,
in der der Istwert -x über einen Halbwellenmodulator 4 den einen Eingang 5a einer
Vergleichseinrichtung 5 zugeführt ist. Im Halbwellenmodulator 4 wird dem Istwert
-x eine Halbwellenspannung -w gleicher Polarität überlagert (Fig. 1a). Die Halbwellenspannung
ist vorzugsweise eine rechteckförmige Spannung. Der zweite Eingang 5b (Fig. 1) ist
Uber ein Glied 6 mit Hochlauf-und Rücklaufverzögerung vom Sollwert z2 (Fig. 1b)
gespeist, der aus dem Sollwert z gewonnen wird. An einem dritten Eingang 5c (Fig.
1) wird z.B. von einem Potentiometer 7 ein einstellbares Signal v (Fig. 1b) zur
Begrenzung der Regelabweichung nach oben zugeführt. Der Ausgang der Vergleich einrichtung
5 (Fig. 1) ist mit einer Auslöseschaltung 10 über einen Verstärker 8 und ein Siebglied
9 verbunden. Dieses
Siebglied 9 ist so auagebildet, daß es keine
Gleichspannung übertragt; es kann z.B. ein Transformator sein.
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Solange der Istwert -x kleiner oder gleich dem Signalwert y2+v - ist,
wird der Verstärker 8 mit einen positiven Signal r (Fig. 1c) beaufschlagt' wenn
die Xodulation vernachlässigt wird. Da aber über den Halbwellenmodulator 4 (Fig.
1) dem Ißtwert -x eine Halbwellenspannung -w gleicher Polarität aufgedrückt wird,
überwiegt während der Dauer der einzelnen Impulse der Modulatronsgpannung der modulierte
Istwert (-x-w) den as Eingang 5b zugeführten Sollwert z2, so daß der Eingang des
Verstärkers 8 während der Dauer dieser Impulse in der Frequenz der Modulationsspannung
negative Werte annimmt (Fig. 1c). Im ungestörten Betrieb herrscht am Verstärkereingang
ein ständiger Polaritätswechsel, der am Ausgang eine Wechselspannung s (Fig. 1d)
erzeugt, da die Verstärkung des Verstärkers 8 sehr groß gewählt ist. Die am Ausgang
des Verstärkers 8 anstehende Wechsel spannung s passiert das Siebglied 9 und beeinflußt
die Auslöseschaltung 10 derart, daß keine Auslösung erfolgt.
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Bei einem Fehler im Regelkreis (Fehler eines Bauelements, Drahtbruch
o.dgl.), der den Istwert -x über den Sollwert z2 ansteigen läßt (Zeit t1 in Fig.
1a bis 1c), wird; nachdem auch noch die Summe aus Sollwert z2 und Regelabweichung
v durch den Istwert -x überschritten wird (Zeit t2 in Fig. 1c), am Verstärker 8
(Fig. 1) nur noch negatives Signal anliegen.
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Damit ist an Ausgang des Verstärkers 8 kein Wechselspannungssignal
8 mehr vorhanden (ab Zeit t2 in Fig. 1d), da am Eingang des Verstärkers 8 die Polaritätswechsel
vom Zeitpunkt t2 an nicht auftreten. Da das Siebglied 9 nur Wechselspannung durchläßt,
diese aber nicht mehr vorhanden ist, fehlt am Eingang der Auslöseschaltung 10 die
Wechselspannung ebenfalls, so daß diese im vorliegenden Fall anspricht und über
eine susätzliche Schaltvorrichtung in der Regelstrecke 1 die Heizung abschaltet.
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Zweckmäßigerweise ist das auf das Istwertsignal -x in Halbwellen -w
aufmodulierte Wechselspannungssignal größer als die Summe aus dem Sollwertsignal
s2 am Eingang der Vergleichseinrichtung 5 und dem Signal v zur Begrenzung der Regelabweichung
(Fig. 1a, 1b, 1c). Dadurch braucht der Istwert -x nicht unbedingt dem Sollwert z
synchron nach oben zu folgen, um ein Ansprechen der Auslöseschaltung 10 im ungestörten
Betrieb zu vermeiden.
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Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Halbwellen
-w1 der aufmodulierten Wechselspannungssignale'zumindert etwas größer als das Signal
v zur Begrenzung der Regelabweichung gewählt (Fig. 1a biß lc).'Eine solche Einrichtung
ist vorteilhaft anwendbar bei elektrischen Antrieben, bei denen der Istwert -x dem
Sollwert i2 unverzilglich folgen muß, wie dies beispielsweise bei Polgeregelungen
gefordert wird. Überschreitet der Istwert -x die Summe aus dem Sollwert i2 und der
Regelabweichung v (Zeitpunkt t2 in Fig. 1c) dann bleibt am Ausgang des Verstärkers
8 infolge Auableibeng der Wechselspannung (wie bereits oben beschrieben) ein positives
Gleichspannungssignal s2 anstehen, während bei einem dem Sollwert z2 nichtfolgenden
Istwert -x (Zeitpunkt tO in Fig. 1a bis 1c) die Ausgangsgröße s1 des Verstärkers
8 in ein ständig anstehendes negatives Ausgangssignal e3 übergeht (Fig. 1d).
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Das positive Signal s2 und negative Signal s3 - beide durch Ausbleiben
der Wechselspannung bedingt - können zu4 Auslösung unterschitdlicher Maßnahmen herangezogen
werden.
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Nach der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung der Erfindung ffir Triebfahrzeuge
mit Geschwindigkeitsregelung ist bei Verwendung eines Verstärkers 14 mit Ausgangsbegrenzung
15 im Sollwertkanal dem unverstärkten Sollwertsignal z in einem weiteren Modulator
13 eine Wechselspannung p überlagert, deren Amplitude kleiner ist als die Differenz
aus der an den
Soliwerteinsteller 11 und Vorwiderstand 12 angelegten
Gleichspannung U und dem maximalen Sollwerthub U1. Dabei ist die Frequenz der dem
weiteren Modulator 13 zugeführten Wechßelspannung so gewählt, daß durch die überlagerte
Wechselspannung p der aus der Regeleinrichtung 2 und der Regelstrecke 1 gebildete
Regelkreis nicht gestört wird. Zusätzlich zur Regeleinrichtung 2 ist der Istwert
-x auch hier über den Halbwellenmodulator 4 der Vergleichseinrichtung 5 zugeführt.
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Der Steuereingang 4a des Halbwellenmodulators 4 erhält das Wechselspannungssignal
p, über ein Differenzierglied 16, das vom modulierten Sollwert z1+p gespeist ist.
Der zweite Eingang 5b der Vergleichseinrichtung 5 ist wiederum über ein Glied 6
mit Hoch- und Rücklaufverzögerung vom modulierten Sollwert z1+p beaufschlagt. Dabei
ist die Zeitkonstante des Gliedes 6 so gewählt, daß die aufmodulierte Wechselspannung
p im Signal z2 am Ausgang des Gliedes 6 nicht mehr erscheint.
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Durch die Modulation des Sollwertes z am Eingang des Der stärker 14
wird mit einfachen Mitteln auch eine Überwachung des Sollwertkanals erreicht,, wobei
durch die besondere Bemessing der Weohselspannung p in Verbindung mit der Begrenzung
15 des Verstärkers 14 auch ein Drahtbruch, z.B. an der Stelle a im Strompfad des
Sollwertpotentiometers 11,erfaßt wird.
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Im vorliegenden Fall ist die Regelstrecke 1 aus einer Antriebs- und
Bremseinrichtung la, den Antriebsrädern Ib, der mit den Antriebsrädern verbundenen
Istwerterfassungseinrichtung 1d (z.B. Tachogenerator) sowie einer zusätzlichen Bremseinrichtung
lc, die der üblichen Druckluftbremse entspricht, gebildet. Auf diese zusätzliche
Bremseinrichtung 1c wirkt die Auslöseschaltung 10 im Störungsfall ein.
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Die in Fig. 2 als Blocksymbol dargestellte Auslöseschaltung für die
Druckluftbremse' 1c kann in vorteilhafter Weise so ausgebildet sein, wie dies in
Fig. 3 dargestellt ist.
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Druckluftbremsen, die aus Überwachungseinrichtungen angesteuert werden,
werden meiat durch Magnetventile betätigt, welche die Bremsleitung entlüften. Die
Steuerspannung wird normalerweise ausgeschaltet, wenn der Richtungswahlschalter
Jedes der-beiden Steuerstände I, II in d-ie neutrale Lage (Nullstellung) gebracht
wird. In diesem Fall würde ein übliches ii Riheatrombetrieb arbeitendes Magnetventil
die Druckluftbremse 1c wie bei einer Störung, aber ungewollt, auslösen. Um dies
zu vermeiden, ist bei Verbindung der Auslöseschaltung 10 mit der Druckluftbremseinrichtung
1c über eine Druckmittelleitung le am Ausgang der Auslöseschaltung 10 ein polarisiertes
Magnetventil 105 angeordnet,-dessen Öffnungewicklung 105a von einem durch das Eingangssignal
beeinflußten Relais 104 überwacht wird, das im Störungsfall die Haltewicklung 105b
des Magnetventils 105 an eine umgekehrt gepolte Spannung legt und auslöst und damit
die Druekmittelleitung 1c entlüftet. Zweckmäßigerweise ist am Eingang der Auslöseschaltung
10 eine Gleichrichteranordnung 101 mit nachgeschaltetem Relais 102 angeordnet.
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Wird an einem der Führerstände 1, II der Richtungawahlschalter B in
die Richtung vorwärts oder rflckwärts gelegt, dann steht an der Leitung C Steuerspannung
an. Über den Kontakt 103e wird die Lampe 108 an Spannung gelegt. Über den plombierten
Störschalter 107 und Umschaltkontakt 104c, den Vorwiderstand 106 sowie den Umschaltkontakt
104b wird die Spule 105b des Magnetventils 105 so an Spannung gelegt, daß es öffnet.
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Ebenfalls über den plombierten Schalter 107 liegt der Relaiskontakt
102a an Pluspotential. Im ungestörten Zustand liegt am Ausgang 9 eine Wechsel spannung
an, die über den Gleichrichter 101 das Relais 102 erregt, so daß der Schaltkontakt
102
schließt. Dadurch wird über den Relaiskontakt 104d die Relaisspule
103 erregt. Das Relais 103 geht dann über den Kontakt 103a in Selbsthaltung. Der
über den Kontakt 103b fließende Strom erregt dit Spule des Relais 104 und die Öffnungswicklung
105a des gepolten Magnetventils 105, das schon geöffnet ist Das Relais 104 geht
über den Kontakt 104a ebenfalls in Selbsthaltung. Die dadurch betätigten Umschalter
104b und 104c polen die Haltewicklung 105b des Magnetventils 105 um, so daß dies
schließt, da sich die Wirkungen der beiden Wicklungen 105a und 105b gegenseitig
aufheben und der Permanentmagnet 105o wirksam wird. Der geöffnete Kontakt 104d verhindert
nach einer auftretenden Störung, daß das Relais 103 erneut erregt wird. Die Meldeleuchte
108 wurde bereits bei Einschalten des Relais 103 abgeschaltet.
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Tritt eine Störung auf, so fällt das Relais 102 ab, und der Kontakt
102a wird geöffnet. Dadurch fällt das Relais' 103 ab und bringt über den Kontakt
103c an der Leuchte 108 eine Störungsmeldung. Gleichzeitig wird die Haltewicklung
105b, die Aber die Umschaltkontakte 1Q4b und 104c und den Widerstand 106 an Spannung
gelegt war, abgeschaltet. Das Relais 104 bleibt von dieser Schalthandlung unbeeinflußt
und erregt.
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Durch Wegfall der Spannung an der Spule 105b'des Magnetventils 105
überwiegt nunmehr die Erregung der Spule 105a den Permanentmagneten 105c, so daß
das Magnetventil öffnet und die Leitung le entlüftet wird.
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Die Rückstellung der Auslöseeinrichtung 10 erfolgt durch Rückstellung
der richtungswahlschalter B in die Nullstellung und erneutes Einschalten in die
gewünschte Fahrtrichtung, vorausgesetzt, daß die Störung inzwischen behoben wurde.
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Drahtbrüche in den Leitungszügen des Magnetventils 105 wirken sich
durch Auslösung des Magnetventils aus. Die Auslöseschaltung 10 ist also eigensicher,
da das Relais 104 zwangsgeführte Kontakte besitzt. Bei Störungen in der Auslöseschaltung
10
kann der plombierte Schalter 107 betätigt werden, der die gesamte Auslöseschaltung
abschaltet1 so daß der Permanentmagnet 105c wirksam werden kami und das Magnetventil
schließt. Dabei zeigt die Meldeleuchte 108 die Störung an. Die Schaltung ist weiter
so ausgelegt, daß ii unbesetzten Zustand, z.B. in der Nullstellung der Richtungswahlschalter
der beiden Führerstände I und II, eine Zwangibremsung vermieden wird.
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3 Figuren 6 Patentansprüche