DE2206022C3 - Prozeflregeleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prozeßregeleinrichtung für mehrere Betriebshauptkenngrößen und mindestens eine Betriebsnebenkenngröße, bestehend aus Betriebskenngrößenwandlern und einem Speicher für die umgewandelten Betriebshauptkenngrößen, der den Betriebshauptkenngrößen entsprechende digitale Werte einem Digitalregister zur Steuerung eines den Prozeß steuernden Ausgangssignals zuleitet.

Prozeßregeleinrichtungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Ein wesentlicher Nachteil bei diesen Regeleinrichtungen ist der für die Regelung mehrerer Betriebskenngrößen erforderliche Aufwand. So wird bei einer bekannten Einrichtung, die in Abhängigkeit von mehr als zwei Betriebskenngrößen ein Ausgangssignal erzeugt, ein Computer benötigt (US-PS 30 34 718).

Aus der US-PS 34 30 206 ist bekannt, daß es Impulsgeneratoren gibt, deren Frequenz von einer Betriebsgröße abhängt

Aus der DT-OS 16 73 560 ist es bekannt, in einem Prozeßregelsystem steuerbare Verzögerungen anzuwenden.

Dem Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Prozeßregeleinrichtung der eingangs genannten Art zu

schaffen, die mit im Vergleich zum Stand der Technik

geringem Aufwand ein Ausgangssignal in Abhängigkeit

von mehreren Betriebskenngrößen liefert und dabei ein

hohe« Maß an Auflösung der Betriebskenngrößen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

ίο daß ein in der Frequenz in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsnebenkenngrößen gesteuerter Impulsgenerator vorgesehen ist, der nach Erzeugung des Ausgiangssignals Impulse an eine Logik liefert, die diese Impulse nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit

zur Abfrage des Digitalregisters, das in Abhängigkeit vom Speicherinhalt die Länge eines Steuerimpulses für die Logik bestimmt, weiterleitet.

Dadurch, daß die beiden Betriebshauptkenngrößen in einem Digitalregister zur Abfrage bereitgehalten

werden, während die anderen Betriebsnebenkenngrößen durch die Frequenz der Abfrageimpulse berücksichtigt werden, erhält man eine vergleichsweise einfache Regeleinrichtung. Die Auflösung der gespeicherten Betriebshauptkenngrößen ist gut. weil durch die

Verzögerung bei der Abfrage des Digiialregisters die Länge des Ausgangssignals für ein bestimmtes Signal im Digitalregister erhöht wird.

Vorzugsweise weist die Logik einen Zähler auf. dessen Eingang über eine rückgekoppelte Undverknüp·

fung mit dem Impulsgenerator und mit dem Ausgang einer das Ausgangssignal liefernden, von dem Digitalregister mit den Steuerimpulsen getriggerten bistabilen Schaltung verbunden ist.

Nach einer Ausbildung der Erfindung gehören zum Impulsgenerator ein Kondensator, der durch einen Transistor auladbar ist, dessen Steuerelektrodenstrom durch eine erste Betriebsnebenkenngröße und dessen Kollektorstrom bei einem bestimmten Steuerelektrodenstrom von einer zweiten Betriebskenngröße bestimmt werden, und ein Thyristor dessen Kathodenspannung durch die Ladung des Kondensators und dessen Steuerelektrodenspannung durch eine dritte Betriebsnebenkenngröße bestimmt werden, wobei die Aufladung des Kondensators durch den Transistor durch Einschaltung des den Kondensator entladenden Thyristors beendet wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Prozeßregelvorrichtung und

Fig 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Generator zur Verwendung in der Prozeßregelvorrichtung gemäß Fig. 1.

Gemäß der Zeichnung erfordert ein zu regelnder Prozeß einen Eingang in der Form eines Impulses, dessen Dauer den Fortgang des Prozesses bestimmt, und er soll durch die Werte zweier Betriebsgrößen gesteuert werden, die dem Prozeß zugeordnet sind. Die Regelvorrichtung weist eine Diodenmatrix 77 auf, bestehend aus 16 Eingangsleitungen 11a bis Hp zusammen mit 16 Sätzen Eingangsleitungen 12« bis 12p, wobei jeder Satz Leitungen 12 aus sieben getrennten Leitungen besteht. Die Leitungen werden durch einen Entschlüsseier 13 in einer noch zu beschreibenden Weise entsprechend den Wert einer der Betriebsgrößen erregt. Ein anderer Entschlüsseier 14 dient entsprechend dem Wen der anderen Betriebsgröße in

einer noch zu beschreibenden Weise dazu, einen der 16 Sätze Schalter 15a bis 15/7 einzuschalten, die den Leitungen >2a bis 12/j jeweils zugeordnet sind, wobei die Schalter 15a bis 15/j dazu dienen, einen der Sätze Leitungen 12a bis 12p mit einem Digitalkoiviparator 53 zu verbinden. Die Leitungen 11 kreuzen jede der Leitungen 12, und zwischen den Leitungen bestehen Verbindungen über Dioden empirisch entsprechend dem zu regelnden Prozeß. Wenn also ein bestimmter Wert für jede der beiden Betriebsgrößen angenommen wird, wird eine der Leitungen 11 erregt, und einer der Sätze Schalter 15 verbindet einen der Sätze Leitungen 12 mit dem Komparator 53. In der Zeichnung stellen Punkte Diodenverbindungen dar. Wenn beispielsweise der Entschlüsseier 13 die Leitung Ila erregt und der Entschlüsseier 14 die Schalter 15a betätigt, empfängt der Komparator ein Signal 1001000, bei dem 1 eine Diodenverbindung und 0 keine Verbindung darstellen. Entsprechend ist dann, wenn die Leitung 11a immer noch erregt ist, aber der Schalter 15p eingeschaltet wird, xo das vom Komparator 53 empfangene Signal 1111111. FIs versteht sich natürlich, daß /ur Vereinfachung nur vier der 16 Leitungen 11 und nur zwei der 16 Gruppen Leitungen 12 dargestellt worden sind.

Die Art und Weise, wie die Leitungen 11 und 12 entsprechend den beiden Betriebsgrößen erregt werden, wird im einzelnen noch zu beschreiben sein, für den Moment wird jedoch angenommen, daß der Komparator 53 ein 7 Bit-Eingangssignal empfängt, das den erforderlichen Ausgang des Systems darstellt.

Jedes zweckmäßige, zyklisch betätigbare Schaltsystem 45 wird verwendet, um einen Eingang zu liefern, der eine bistabile Schaltung 46 triggert, wenn ein Ausgangsimpuls vom System entstehen soll. Die bistabile Schaltung 46 dient nach dem Triggern außerdem dazu, einen Eingang zu einer Torschaltung 47 zu liefern, die zudem einen Eingang von einem Impulsgenerator 48 empfängt, der mit bestimmter Frequenz arbeitet. In dem System ist ferner ein Zähler 49 enthalten, außerdem eine Torschaltung 51, diese Teile werden aber für den Augenblick außer acht gelassen und es wird angenommen, daß dann, wenn die Torschaltung 47 einen Eingang von der bistabilen Schaltung 46 empfängt, sie Impulse vom Generator 48 zu einem Zähler 52 weiterleitet. Der Zähler 52 ist mit einem Komparator 53 verbündender auch den Eingang von der Matrix 77 empfängt.

Mit dem Beginn eines Ausgangsimpulses fängt der Generator 48 an, Impulse an den Zähler 52 zu liefern (wobei der Zähler 49 immer noch außer acht gelassen wird). Wenn die Anzeige des Zählers 52 die gleiche wie die des Eingangs zum Komparator 53 ist, wird ein Ausgangsimpuls zu einem Zähler 54 geliefert, und gleichzeitig wird der Zähler 52 durch eine Rückstelleitung 21 zurückgestellt. Das wird wiederholt, bis der Zähler 54 eine bestimmte Anzahl von Eingangsimpulsen empfangen hat Diese Anordnung ermöglicht die Prüfung des Eingangs zum Komparator 53 viele Male, so daß Änderungen im Eingang berücksichtigt werden. Die Gesamtzeit, die benötigt wird, bis der Zähler 54 eine bestimmte Zahl getriggert worden ist, bestimmt die Länge des Ausgangsimpulses und hängt natürlich von dem mittleren Wert der Betriebsgrößen ab, die der Komparator 53 empfängt, und wenn die erforderliche Anzahl von Impulsen vom Zähler 54 empfangen worden sind, wird die bistabile Schaltung 46 getriggert, die den Ausgangsimpuls beendet. Der Zyklus wird dann wiederholt, wenn die bistabile Schaltung 46 das nächste Mal ausgelöst wird.

Die Aufgabe des Zählers 49 und der Torschaltung 51 besteht darin, eine feste Verzögerung einzuführen, ehe der Zähler 52 durch Impulse vom Generator 48 betätigt wird. Wenn die Torschaltung 47 leitet, muß der Zähler 49 eine bestimmte Anzahl von Impulsen enthalten, ehe er einen Eingang zur Torschaltung 51 gibt, und diese wird dann wirksam, um den Zähler 52 aufgrund der Verbindung mit dem Generator 48 zu füttern. Ein weiterer Ausgang vom Zünler 49 blockiert dann die Torschaltung 47. Der Zweck der Einführung einer solchen Verzögerung besteht darin, die Länge eines Ausgangsimpulses für ein bestimmtes Signal am Eingang zum Komparator 53 /u erhöhen, wobei die Erhöhung unter der Annahme einer bestimmten Frequenz für den Generator 48 eine feste Zeit lang dauert. Selbst für ein Nullsignal am Eingang zum Komparator 53 entsteht also ein Ausgangsimpuls bestimmter Länge. Da in einer Anordnung in der Praxis fast immer eine Mindest-Impulslänge benötigt wird, ermöglicht das Vorsehen der Verzögerung die Verwendung der Matrix über einen kleineren Bereich von Impuls/eiten, so daß die Auflosung der Matrix verbessert wird.

Bezugnehmend auf den Rest der Schaltung betätigen die beiden Betriebsgrößen, die verwendet werden, um die Länge des Ausgangsimpulses /u regeln. Wandler 22 und 23, die Wechselsignale mit einer Frequenz erzeugen, die vom Wert der Betriebsgröße abhängt, wobei die beiden Signale zu Torschaltungen 71 und 72 geleitet werden, die durch ein Signal von einer monostabilen Schaltung 24 für eine bestimmte Zeitdauer geöffnet werden, wobei die öffnung der monostabilen Schaltung 24 durch den Ausgang vom Komparator 53 über eine Leitung 25 gesteuert wird, so daß mit jedem Leiten eines Signals zum Zähler 54 durch den Komparator 53 die monostabile Schaltung 24 veranlaßt wird, ihre bestimmte Zeitdauer lang in Wirkung zu treten. Wenn die Torschaltungen 71 und 72 geöffnet sind, werden die Wechselsignale zwei Zählern 73 bzw. 74 zugeleitet, von denen jeder gleichzeitig mit der monostabilen Schaltung 24 über Leitungen 26 und 27 geräumt wird. Die Zähler 73 und 74 sind mit weiteren Zählern 75 bzw. 114 verbunden. Dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß jedesmal dann, wenn ein Zähler 73,74 gefüllt worden ist. er ein Signal zum Zähler 75 bzw. 114 leitet. Da die Torschaltungen 71 und 72 eine bestimmte Zeitlang offengehalten werden, werden die Anzeigen, die an den Zählerpaaren 73, 75 und 74, 114 entstehen, durch die Frequenzen der Signale bestimmt, die durch die Betriebsgrößen gesteuert werden, wobei die signifikantesten Zahlen dieser Anzeigen in den Zählern 75 bzw. 114 gespeichert werden, die durch die Entschlüsseier 13 und 14 wirksam werden, um Signale an die Leitungen 11 und 12 zu legen, wie das vorstehend beschrieben worden ist.

Um eine genauere Anzeige der erforderlichen Impulslänge zu erhalten, ist es ratsam, auf die an die Leitungen 11 und 12 angelegten Signale ein relativ kleines Signal zu legen, daß sich in zyklischer Weise in seiner Größe ändert. Der Grund dafür besteht darin, daß der Eingang zur Matrix 77 digital ist, so daß dann, wenn beispielsweise die Leitung 11b erregt wird, der tatsächliche Analogwert der Betriebsgröße derart sein kann, daß zwar die Leitung Wb erregt ist, die Leitung 11a aber unmittelbar vor der Erregung steht. Indem das kleine Signal auf den Eingang zur Matrix 77 gelegt wird, wird dieser Möglichkeit Rechnung getragen. Die Art

und Weise, wie das erreicht wird, besteht darin, Zähler 86 und 87 zu verwenden, die den Zählern 73 bzw. 74 zugehörig sind, wobei die Zähler 86 und 87 Digitalzahlen von 1 bis 16 speichern. Diese Zahlen werden den Zahlen zugezählt, die in den Zähler 73 und 74 eingegeben werden, dann in die Zähler 75 und 114, wenn die Torschaltungen 71 und 72 offen sind. Jedesmal, wenn der Komparator 53 einen Ausgang erzeugt und die Zähler 73 und 74 neu stellt, werden die Zähler 8(5 und 87 durch die Leitungen 31 und 32 um einen Schritt weitergeschaltet, um damit die Zahl zu erhöhen, die den Zählern 73 und 74 zugezählt werden muß. Die Zähler 86 und 87 sind quergekoppelt, und dabei ist eine solche Anordnung vorgesehen, daß der Komparator 53 den Ausgang der Matrix 77 16mal abtastet, so daß der Zähler 54 16 Eingänge braucht, ehe der bistabile Schaltkreis 46 getriggert wird.

Es versteht sich, daß die 16 Prüfungen sehr schnell vonstattengehen, und in der Beschreibung wird angenommen, daß sich weder der eine noch der andere Betriebswert während der kurzen Zeit ändert. Wenn sich die Betriebsgröße jedoch ändert, mach das auch nichts, weil die Anordnung immer noch einen mittleren Ausgang erzeugt, der genauer ist, als wenn die Zähler 86 und 87 weggelassen werden. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf den Fall beschränkt ist, bei dem die Betriebsgrößen, die an die Matrix 77 angelegt werden, variieren, und die Anzahl von Malen in jedem Zyklus, bei denen eine Änderung vonstattengeht, gleich der Zahl der Signale ist, die der Zähler 54 empfangen muß, ehe er die bistabile Schaltung 46 auslöst. Die Erfindung kann beispielsweise für eine Anordnung Anwendung finden, bei der keine Änderung in den Signalen auftritt, die an die Matrix 77 angelegt werden, abgesehen von normalen Änderungen in den Betriebsgrößen selbst. In diesem Falle kann die Anzahl der Zählungen, die vom Zähler 54 durchgeführt werden müssen, dem betreffenden Anwendungsfall des Systems entsprechend bestimmt werden.

Es ist vorstehend angenommen worden, daß der Generator 48 eine konstante Frequenz hat. Bei 35 gezeigte Mittel sind jedoch zur Änderung der Frequenz des Generators 48 entsprechend einer oder mehreren der mit dem Prozeß in Beziehung stehenden Betriebsgrößen vorgesehen, derart, daß die Verzögerungszeit vor einer Funktion der Torschaltung 51 verlängert wird und man einen längeren oder kürzeren Ausgangsinipuls für einen bestimmten F.ingangsimpuls zum Komparator 53 erhält. F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Generator 48, bei dem die Frequenz entsprechend drei verschiedenen Betriebsgrößen eingestellt wird. Gemäß F i g. 2 sind eine positive und eine negative F.ncrgieleitung 81,82 vorgesehen, die mit der Fahrzeugbatterie 83 verbunden sind und zwischen die drei Widerstände 84, 85 und 86 gelegt sind. Ein Schieber 87 ist über den Widerstand 85 bewegbar, der mit der Steuerelektrode eines Thyristors 88 verbunden ist, dessen Anorfc mit der Leitung 81 und dessen Kathode mit einem Ausgangsanschluß 89 verbunden sind, der den Eingang zur Torschaltung 47 in F i g. I liefert. Die Anoden-Kathoden des Thyristors sind durch einen Kondensator verbunden, und der Anschluß 89 ist über eine Reihenschaltung mit der Leitung 82 verbunden. Zu dieser Reihenschaltung gehört der Kollektor-Emissionselektrodenweg eines Transistors 91, ferner ein Widerstand 92 und ein Thermistor 93. Die Leitungen 81 und 82 sind ferner durch eine Reihenschaltung verbunden, zu der ein Thermistor 94 und Widerstände 95 und 96 gehören, wobei die Verbindung zwischen den Widerständen 95 und % mit der Steuerelektrode des Transistors 91 verbunden ist und zum Thermistor 94 ein Widerstand 97 parallelgeschaltet ist.

ίο Der Schieber 87 wird durch Mittel bewegt, die auf eine der drei Betriebsgrößen ansprechen, so daß die Stellung des Schiebers 87 von der Betriebsgröße abhängt. Die beiden anderen Betriebsgrößen werden zum Heizen der Thermistoren 93 und 94 verwendet, so daß die Thermistoren Widerstände annehmen, die jeweils von den Betriebsgrößen abhängen.

Indem für den Augenblick die drei Betriebsgrößen außer acht gelassen werden, arbeitet die Schaltung wie folgt. Beginnend mit ausgeschaltetem Thyristor 88 und entladenem Kondensator 90 ist die Spannung am Anschluß 89 im wesentlichen gleich der Spannung der Leitung 81. Der Transistor 91 und seine zugehörigen Teile laden den Kondensator 90 mit konstanter Rate, vorausgesetzt, daß die Thermistoren 93 und 94 in ihrem Wert festliegen. Die Steuerelektrode des Thyristors 88 wird auf konstanter Spannung gehalten, wobei angenommen wird, daß sich der Schieber 87 nicht bewegt, und mit dem Laden des Kondensators 90 nimmt die Spannung am Anschluß 89 ab, bis ein Punkt erreicht ist, bei dem die Steuerelektrode des Thyristors ausreichend positiv zum Anschluß 89 gegenüber ist, um den Thyristor 88 einzuschalten, und bei diesem Punkt entlädt sich der Kondensator 90. Der durch den Transistor 91 fließende Strom ist unter dem Haltestrom des Thyristors 88, und deshalb schaltet sich der Thyristor 88 aus, und die Spannung am Anschluß 89 steigt bis zur Spannung der Leitung 81. Der Zyklus wiederholt sich dann. Da der Kondensator 90 mit konstanter Rate geladen wird, hat der Ausgang der Schallung eine konstante Frequenz. Es versteht sich natürlich, daß die Teile so gewählt sind, daß sich der Transistor 91 nicht sättigt, da anderenfalls die Laderatc des Kondensators 90 nicht konstant ist.

Falls sich die Betriebsgröße, die den Thermistor 93 steuert, ändert und die beiden anderen Betriebsgrößen fest bleiben, ändert sich der Kollcktor-Emissionsclek· trodcnslrom des Transistors 91 wegen der Änderung im Wert des Thermistors 93, und die Laderale des Kondensators 90 ändert sich, um damit die Betriebst re qucnz der Schaltung zu ändern. Wenn sich entsprechend die Betriebsgröße ändert, die den Thermistor 94 steuert, ändert sich der Steuerelektrodenstrom des Transistors 91. und wiederum wird der Kondensator 90 mit einer anderen Rate geladen, so daß sich die Frequenz ändert

In beiden Fällen schaltet sich der Thyristor 88 imrnei noch aus. wie vorstehend erläutert. Wenn die Betriebs größe sich ändert, die den Schieber 87 stcueri, bcwegi sich der Schieber 87 und ändert die Steucreiekt roden spannung des Thyristors 88. In diesem Fall ändert siel der Wert, auf den sich der Kondensator 90 aufladci muß. um den Thyristor 88 einzuschalten, und folglicl wird die Frequenz wiederum geändert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Prozeßregeleinriehtung für mehrere Betriebshauptkenngrößen und mindestens eine Betriebsnebenkenngröße, bestehend aus Betriebskenngrößenwandlern und einem Speicher für die umgewandelten Betriebshauptkenngrößen, der den Betriebshauptkenngrößen entsprechende digitale Werte einem Digitalregister zur Steuerung eines den Prozeß steuernden Ausgangssignals zuleitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Frequenz in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsnebenkenngrößen gesteuerter Impulsgenerator (48) vorgesehen ist. der nach Erzeugung des Ausgangssignals Impulse an eine Logik (47, 49, 51) liefert, die diese Impulse nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit zur Abfrage des Digitalregisters (77,53), das in Abhängigkeit vom Speicherinhalt die Länge eines Steuerimpulses für die Logik (47,49,51) bestimmt, weiterleitet.

2. Prozeßregeleinnchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dall die Logik (47, 49, 51) einen Zähler (49) aufweist, dessen Eingang über eine rückgekoppelte Undverknüpfung (47) mit dem Impulsgenerator (4f, und mit dem Ausgang einer das Ausgangssignal liefernden, von dem Digitalregister (53) mit den Steuerimpulsen getriggerten bistabilen Schaltung (46) verbunden ist.

3. Prozeßregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Impulsgenerator (48) ein Kondensator (90), der durch einen Transistor (91) geladen wird, dessen Steuerelektrodenstrom durch eine erste Betriebsnebenkenngröße und dessen Kollektorstrom bei einem bestimmten Steuerelektrodenstrom durch eine zweite Betriebsncbenkenngröße bestimmt werden, und ein Thyristor (88) gehören, dessen Kathodenspannung durch die Ladung am Kondensator (90) und dessen Steuerelektrodenspannung durch eine dritte Betriebsnebenkenngröße bestimmt werden, wobei die Aufladung des Kondensators (90) über den Transistor (91) durch Einschaltung des den Kondensator (90) entladenden Thyristor·. (88) beendet wird.