DE2231957A1

DE2231957A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung der von heizwiderstaenden abgegebenen leistung

Info

Publication number: DE2231957A1
Application number: DE19722231957
Authority: DE
Inventors: Antonino Faccenda
Original assignee: VETRERIA DI VERNANTE SpA
Current assignee: VETRERIA DI VERNANTE SpA
Priority date: 1971-07-09
Filing date: 1972-06-29
Publication date: 1973-01-18
Also published as: FR2187145A5; BE785537A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der mittels elektronisch steuerbarer Geräte betriebener Hei zwi der 3tan.de abgegebenen Leistung. Die Erfindung betrifft außerdem die Anwend.ung des Verfahrens sowie der Vorrichtung bei Glasfabrikfitions-Anlagen.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Steuerung der von Heizwidersta'nden abgegebeilen Leistung, die in Glasfabrikstionsanlagen bei der Anwendung des bekannten Schwimm-Verfahrens verwandt werden, wobei das flüssige Glas kontinuierlich auf ein Metallschmelzbad aufgegossen wird, auf den sich das schwimmende Glas verteilt und als Bahn erstarrt und sodann kontinuierlich am Ende des Bades abgezogen wird,

Z* B. bs5i der Herstellung von Flachglas in einer endlosen Bahn uach di-in Schema-Verfahren ist es bekannt, daß das Bad

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eine Länge von 50 ei und mehr besitzt und, abgesehen von der Eigenwärme des Glases, durch eine beträchtliche Anzahl elektrischer Heizwiderstände geheizt wird. Diese Heizwiderstände sind gruppenweise an bestimmten Stellen längs des Bades je nach der erwünschten Wirkung verteilt angeordnet. Es handelt sich dabei um Siliziumkarbid-Widerstände, die mittels einer Niederspannung gespeist werden. Die durch jede Gruppe abgegebene £eistung muß ziemlich genau gesteuert werden, um im Bade die durch die Verarbeitung verlangte Temperaturverteilung zu erhalten. Jede Gruppe ist daher mit einer unabhängigen Steuerung für die abzugebende Leistung versehen. Gewöhnlich werden bei diesen Vorrichtungen oder Steuersystemen sättigbare Reaktoren verwandt. Diese Systeme sind bei geringer Leistung kostspielig und schwierig zu steuern und darüberhinaus sperrig und schwer. Es sind auch Einrichtungen mit einer Zyklus-Teilung mittels Ignotron oder mit Festkörperbauteilen vorgeschlagen worden, die jedoch ebenfalls nicht zufriedenstellend arbeiten, da sie eine teuere Phasenaufbesserungs-Schaltung benötigen und da sie Transistoren für Hochfrequenz umfassen, die die Leitungen der elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtungen, die automatisch den Ilerstellungsprpzeß steuern, ebenso wie die Regelcchaltungen stören.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Steuerschaltung für die durch elektrische Heizwiderstände abgegebene Leistung und insbesondere für die bei einem Teil der Herstellungsanlage für Flachglas, die nach dem Schwimmverfahren arbeitet, verbrauchte Leistung.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren der eingangs erwähnten Art darin, daß die an den oder an die Widerstände abgegebene Leistung dadurch gesteuert wird, daß die an diese angelegte Spannung während einer wählbaren Zahl von Halbv/ellen pro Zeiteinheit unterbrochen wird.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Umsetzer zur Umwandlung jedes Null-Durchgangs der Wechselspannung in einen Impuls, durch Zähleinrichtungen zum Zäh len dieser Impulse, durch erste Koinzidenzeinrichtungen zur · Abgabe eines ersten Ausgangssignals bei der Koinzidenz eines durch die Zähleinrichtungen abgegebenen Signals und eines Steuersignals, und durch zweite Koinzidenzeinrichtungen zur Erzeugung eines zweiten Auogangssignals -zur Steuerung der die Heizwiderßtände speisenden elektronischen Geräte bei der Koinzidenz von auf *ie zweiten Koinzidenzeinrichtungen gegebenen ersten Ausgangseignalen und von dem Umsetzer stammenden Impulsen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung bieten die Vorteile, daß Höchstleistungen erreicht werden können, daß. im wesentlichen einheitlich ein Ein- und Ausschalten bei einer Null-Leistung cos <^ erfolgt, daß die Leistung auf ein Hundertstel der Höchstleistung steuerbar ist, daß eine digitale Steuerung anwendbar ist und daß das Verfahren und die Vorrichtung nur geringe Kosten erfordern.

Bekanntlich ist die Frequenz der sinusförmigen Netzspannung 50 Hz, was bedeutet, daß in einer Sekunde 50 positive und 50 negative Halbwellen,, also insgesamt 100 Halbwellen vorhanden cind.

Weiden nun sämtliche 100 Halbwellen an einen bestimmten Widerstand angelegt, so wird an dem Widerstand die größtmöglichste Leistung erhalten. Es ist leicht einzusehen, daß bei der Untere ^rckung bzw. Sperrung einer oder mehrerer ganzer Halbwellen die abgegebene Leistung während einer Sekunde entsprechend ebniirmt. Weun beispielsweise drei ganze Halbwellen unterdrückt werden, viird die abgegebene Leistung also 97% der verfügbaren Höchetleictung betragen.

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Die Unterdrückung bzw. Ausschaltung der Halbwollen erfolgt durch öffnen oder Schließen des einen oder mehrere Widerstände speisenden Stromkreises an den Stellen der Spannungskurve, an denen diese Kurve durch KuIl geht. Die Unterbrechung oder das Schließen des Stromkreisea wird, da dies natürlich nicht mittels mechanischer Einrichtungen ausgeführt werden kann, durch elektronisch gesteuerte oder betätigte Vorrichtungen, wie etwa Tiristoren, Triacs usw. ausgeführt. Die elektronischen Vorrichtungen werden nur zu Beginn des Halbzyklus gezündet, und das Löschen erfolgt selbsttätig am Ende des Halbzyklusses. Soll eine Halbwelle unterdrückt werden, so genügt es also, die Vorrichtung für den Halbzylclus nicht zu zünden.

Mit Hilfe der Steuerschaltung wird über elektronische Gerate die einem Widerstand oder einer Widerstandsgruppe zugeführte Leistung gesteuert;, wobei die elektronischen Geräte in Reihe mit dem Widerstand oder der Gruppe von Widerständen liegen.

Das an die ersten Koinzidenzeinrichtungen angelegte Steuersignal kann aus einem von Hand vorgegebenen Signal bestehen, durch das die elektrische Leistung angegeben wird, die dem Widerstand oder den Widerständen zugeführt werden soll.

Im folgenden soll die Erfindung naher anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispiels erläutert werden. In der Zeichnung· zeigen:

Pig. 1 eine Schema einer Blockschaltung zvoc Steuerung der über ein Triac einem Widerstand zugeführten Leistung ,

Flg. 2 ein Schema für die Zahlung der in einer Sekunde vorhandenen Halbwellen im .Falle von Sinuswellen mit .50 Hz und für die Abgabe? einer Leistung von 4? % der Höchstleistung an die Widerstände.

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In der Pig. 1 ist eine Schaltung dargestellt, die die Aufgabe hat, ä±e durch einen Widerstand R abgegebene Leistung zu steuern, wobei dieser elektrische Widerstand in Reihe mit einem Triac 5 liegt und an eine Einphasen-Leitung mit 50 Hz angeschlossen ist. Die Steuerung der Leistung wird durch Steuerung des Triac mittels der folgenden beschriebenen Schaltung erhalten¹'.

Die Einphasen-Leitung mit 50 Hz speist einen- heruntertransformierenden Transformator 1. Das sinusförmige Signal 1A, das von dem Transformator abgegeben wird, wird an einen Null-Differenz-Detektor 2 angelegt, der jedesmal einen Impuls 2A abgibt, wenn das an seinen Eingang angelegte Signal 1A durch Null geht. Am Ausgang des Detektors entstehen die Impulse 2A mit einer Frequenz von 100 pro Sekunde. Diese Impulse werden in einen Impulsformer 3 eingeleitet, der dazu dient, die Impulse 2A zu dehnen,d, h. also deren Dauer ohne Änderung- der Frequenz zu verlängern. Die austretenden Impulse sind mit 3A bezeichnet und werden an einen der Eingänge einer Koinzidenzschaltung (UND-Tor) 4 angelegt. Diese Impulse werden außerdem auf die Eingänge zweier Binär-Dezimal-Zähler 6 und 7 gegeben. Der Zähler 6 teilt die Impulse 3A (angepaßte Halbperioden) um zehn, d. h. eine beliebige Zahl von Impulsen wird von diesem Zähler von eins bis zehn gezählt und sodann beginnt der Zähler mit dem Zahlen von neuem. Der Zähler 7 teilt ebenfalls die Impulse durch zehn, jedoch wird er lediglich von jedem zehnten Impuls jeder Reihe von zehn Impulsen 3A betätigt.

In der Fig. 2 wird dieser Punkt weiter erlä.utert. In dieser Figur sind die Impulse schematisch durch Quadrate dargestellt. Nach erfolgter Zählung der ersten neun Impulse durch den Zähler 6 wird der Zähler 7 betätigt und zählt nur einen Impuls und zwar den zehnten Impuls und wird sodann automatisch außer Betrieb gesetzt. Der Zähler 6 zählt die nächsten zweiten zehn Impulse, und wenn er'den zehnten Impuls zählt (der dem Iiapuls 20 entspricht) betätigt er den Zähler 7> der diesen Impuls zählt und co geht es weiter.

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Die Ausgänge der "beiden Zähler 6 und 7 werden auf zwei Binär-Dezimal-Umformer 8 und 9 gegeben, an deren Ausgängen Impuls-Signale (+) erscheinen, die mit dem Steuer-Signal "verglichen" werden können, das in diesem Falle von den von Hand eingestellten Vorriclitungen .10 und 11 geliefert wird, wobei die eine Vorrichtung den Zehner-Impulsen und die andere Vorrichtung den Einer-Impulsen zugeordnet ist. Hit anderen Worten besitzen die beiden Umsetzer 8 und 9 zehn Ausgänge. An einem Ausgang des Umsetzers 8 erscheint eine Reihe von Impulsen; d. h. der erste gezählte Impuls erscheint an dem ersten Ausgang (der in Fig. 1 ganz links liegt), der zweite gezählte Impuls erscheint am zweiten Ausgang usw. Der zehnte Impuls erscheint am zehnten Ausgang, über den der Zähler 7 betätigt wird, der damit den zehnten Impuls zählt, der über den Umsetzer 9 am ersten Ausgang dieses Umsetzers erscheint.

Der elfte Impuls erscheint am ersten Ausgang des Umsetzers 8, der zwölfte Impuls erscheint am zweiten Ausgang usw. bis zum zwanzigsten Impuls, der bei seinem Auftreten am zehnten Ausgang die Gruppe 7-, 9 betätigt, die den zwangzigsten Impuls (als zweiten Impuls) zählt, der als Signal am zweiten Ausgang des Umsetzers

9 erscheint. Auf diese Weise geht der Zählvorgang weiter.

Die Vorrichtungen 10 und 11 sind mit einem Drehknopf mit den Zeigern 10a und 11a versehen. Mit dem isolierten Drehknopf ist ein leitender Kreissektor 1OB und 11 B gekuppelt. Die Sektoren 1OB und 11 B sind elektrisch an eine Energiequelle + angeschlossen. Durch Drehen des Knopfes ist es möglich, diese Sektoren auf einen der festen voneinander isolierten und mit Z bezeichneten Kontakte aufzulegen, bzw. mit diesen in Kontakt zu bringen. Sowohl die Einstellvorrichtung für die Zehner-Einheiten

10 als auch die Einstellvorrichtung für die Einer-Einheiten sind mit zehn Festkontakten Z versehen. An einer an den Festkontakten der Einstellvorrichtung 10 angeordneten Skala ist eine Nummerierung von 0 bis 9 vorgesehen, mit der der Zeiger der Einstellvor-

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richtung zusammenwirkt. Wenn sich beispielsweise die Scheibe des Drehknopfes 1OA in der in der Figur gezeigten Stellung befindet, d. h, also auf die Ziffer 4 eingestellt ist,·sind die vier festen Kontakte S (von 1 bis 4- numeriert) an die Energiequele + angeschlossen. Der der 0 zugeordnete Kontakt existiert nicht, denn dieser Wert erscheint lediglich in der Skala. \"

Auf einer den Festkontakten der Einstellvorrichtung 11 zugeordneten. Skala ist eine Nummerierung von 0 bis 10 vorgesehen, mit der der Zeiger dieser Einstellvorrichtung zusammenwirkt. Wenn beispielsweise der Zeiger des Drehknopfes 11A in der in der Figur gezeigten Stellung steht, d, h. also auf die Zahl 7 eingestellt ist, sind die darunter befindlichen Festkontakte Z (von 1 bis 7) sn die Energiequelle + angeschlossen, Auch hier existiert kein der 0 entsprechender Kontakt'.

Jeder der Ausgänge der Umsetzer8 und 9 (ausgenommen der . sehnte Ausgang des Umsetzers 8, der mit dem Zähler 7 verbunden ist) ist mit einem Eingang eines Koinsidenzkreises verbunden. Liese Koinzidenzkreise (UHD-iCore) sind mit den Bezugzeichen 12 bis J)O bezeichnet. Der andere Eingang jedes dieser Koinzidenzkreise ist mit einem der Festkontakte Z verbunden. Die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen enden in einer Semmelschaltung (ODER-l'or), deren Ausgang mit dem anderen Eingang der Koinzidenzschaltung 4- verbunden ist.

Der Ausgang der Koinzidenzschaltung 4· kann an einen Oszillator 41 angeschlossen sein, dessen Aufgabe es ist, an seinem eigenen Ausgang, entsprechend ,jedem erhaltenen Impuls JA, eine Wellenfolge ?0 zur Zündung des Triac 5 zu erzeugen.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist wie folgt:

BAD ORlOiNAt

Angenommen die Leistung, die in dem Widerstand E erzeugt werden soll, betrage 47 % der Maximalleistung. In diesem Falle wird die Einstellvorrichtung der Zehner-iEinheiten 10 so eingestellt, daß der entsprechende Zeiger auf die Ziffer 4 zeigt, während die Einstellvorrichtung der Einer-Einheiten 11 auf dÜ.e Zahl 7 eingestellt wird. Somit sind die ersten vier Kontakte Z der Einstellvorrichtung 10 und die ersten sieben Kontakte Z der Einstellvorrichtung 11 mit der Energiequelle + verbunden. Demzufolge liegt die Spannung dieser Energiequelle an den Eingängen der UND-Tore 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 24, 25, 26 und 27. An den anderen Eingängen dieser Tore erscheint bei der Zählung der Impulse ~$k das Betätigungs- bzw. Abtastsignal, das durch' die Synchron-Unisetzer 8 und 9 abgegeben wird, das in Pig. 1 mit + bezeichnet ist. Dadurch geben die durch die Einstellvorrichtungen angesteuerten Tore Signale ab, die über die 'Vereinigungsschaltung 31 auf einen Eingang der Koinzidenzschaltung 4 gegeben werden, auf deren anderen Eingang die Impulse 3A direkt gegeben werden. Natürlich treten am Ausgang der Schaltung 4 in einer Sekunde nur 47 der 100 Impulse 3A, die in einer Sekunde auftreten, auf. Die übrigen 53 Impulse können das Tor 4 nicht passieren, da der mit dem ODER-Tor 31 verbundene Eingang dieses Tores nicht gleichzeitig angesteuert wird. Somit wird das Triac wirksam für 47 Hundertstel Sekunde erregt und der Widerstand R verbraucht somit 47 % der Maximalleistung, d. h. der Leistung, die er abgeben könnte, wenn er ständig an das Versorgungsnetz, d. h. die Energiequelle, angeschlossen wäre.

Dieses vorgenannte Beispiel ist in der Pig. 2 dargestellt. Pie Impulse 1, 11, 21, 31, 4-1, 51» 61, 71, 81 und 91 erscheinen am ersten Ausgang des Umsetzers 8, und da das Tor 12 angesteuert ist, steuern diese Impulse (insgesamt 10) das Triac 5 während einer Zeitspanne von I/IO Sekunde. Die Impulse 2, 12, 22, 32 ... 92 erscheinen am zweiten Ausgang des Zählers 8 und nachdem das Tor 13 angesteuert ist, steuern diese Impulse (ebenfalls insgesamt 10) das Triac 5 während einer Zeitspanne von 1/10 Sekunde.

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Das gleiche gilt für die Impulse 3 ··· 93 und 4 ... 94. Insgesamt wird also der Widerstand in.einer Sekunde während einer Zeit, die 40 % einer Sekunde entspricht, mit Energie gespeist. Die Impulse 5 bis 95, 6 Ms 96, 7 "bis 97, 8 bis 89 und 9 bis 99 haben keinen Einfluß, da die Tore, auf die diese Impulse gegeben werden, nicht angesteuert sind. ,

Die restlichen 7 %> um zu 47 % zu gelangen, gehen über die UND-Tore 21 bis 30 der Einer-Einheiten. Der Impuls 10 erscheint an dem angesteuerten Tor 21, der Impuls 20 erscheint an dem angesteuerten, d. h. freigegebenen, Tor 22 usw. bis zum siebten Impuls, der dem mit 70 in der Fig. 2 bezeichneten" Impuls entspricht. Die übrigen, mit 80, 90 und 100 "bezeichneten Impulse bleiben wirkungslos, da die diesen zugeordneten Tore 28, 29 > und 30 nicht angesteuert, d. h. freigegeben, sind.

Sollten mehrphasige Ströme verwandt werden, so wird jede Phase mit einem eigenen Impulsangleicher versehen (3)» während das Ansteuerungssignal (also das Ausgangssignal des ODER-Tores 31) das einzige ist und an die übrigen Phasen mittels eines herkömmlichen Schieberegisters angelegt wird.

Wird das Herstellungsverfahren des Glases nach dem, Schwimm-System mittels eines elektronischen Gehirns gesteuert, so ist eine Änderung des eingestellten Prozentsatzes (je nach den Regelerfordernissen) dadurch möglieh,· daß zwischen die Schalter 4 und 5 oder 4 und 4A eine weitere Koinzidenzschaltung eingesetzt wird. Die Datenverarbeitiingsvorrichtung schickt nach Ablesen des eingestellten Prozentsatzes ein Korrektursignal zur Erhöhung oder Herabsetzung dieses Prozentsatzes ab»

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Das beschriebene Beispiel betrifft eine Steuerung mit Hilfe eines Triac, Es ist jedoch offensichtlich, daß auch eine gesteuerte Diode verwandt werden kann. In diesem Falle genügt es, die negative Halbwelle in eine positive Halbwel- ' Ie umzuwandeln, was dadurch erhalten wird, daß die Last und Diode, die in Reihe miteinander geschaltet sind, während der ganzen Welle über einen Gleichrichter versorgt werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren.zur Steuerung der durch mittels elektronisch » steuerbarer Geräte betriebener Heizwiderstände abgegebenen Leistung, dadurch gekennzeichnet , daß die an den oder an die Widerstände abgegebene Leistung dadurch gesteuert wird,.daß die an diese angelegte Spannung während einer wählbaren Zahl von Halbwellen pro Zeiteinheit unterbrochen wird.

2«, Vorrichtung zur Steuerung der durch mittels elektronisch steuerbarer Geräte betriebener Heizwiderstände abgegebenen Leistung, gekennzeichnet durch einen Umsetzer (2, 3) zur Umwandlung jedes Null-Durchgangs der Wechselspannung in einen Impuls (2A, 3A), durch Zähleinrichtungen (6 bis 9) zum Zählen dieser Impulse, durch erste Koinzidenseinrichtungen (12 bis 30) zur Abgabe eines ersten Ausgangssignals bei der Koinzidenz eines durch die Zähleinrichtungen (6 bis 9) abgegebenen Signals und eines Steuersignals, und durch zweite Koirizidenzeinrichtungen (4) zur Erzeugung eines zweiten Ausgangssignals zur Steuerung der die Heiswiderstände speisenden elektronischen Geräte bei der Koinzidenz von auf die "zweiten Koinzidenzeinrichtungen (4) gegebenen ersten Ausgangssignaltm und von dem Umsetzer (2_$ 3) stammenden Impulsen (2A, 3A)«

3* Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß von Hand in Abhängigkeit von der verlangten Leistung einstellbare Einrichtungen (10, 11) zur Erzeugung der Steuersignale vorgesehen sind.

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4-, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet « daß den zweiten Koinzidenzeinrichtungen (4) dritte durch ein Elektronengehirn
steuerbare Koinzidenzeinriclitungen nnchgeschaltet sind,
wobei durch das Elektronengehirn nach Bedarf der Prozentsatz der vorbestimmten, durch die Widerstände abzugebenden Leistung veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet , daß einer der Eingänge der
zweiten Koinzidenzeinrichtungen (4) mit dem Ausgang einer
Vereinigungsschaltung (3Ό verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5> dadurch ; gekennzeichnet _T daß in den Zähleinrichtungen (6 bis 9) wenigstens ein Schieberegister vorgesehen

ist. )

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch : gekennzeichnet , daß die Zähleinrichtungen . (6 bis 9) aus Binär-Bezimal-Zählern und Binär-Dezimal-Umformern bestehen. '

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7> dadurch j gekennzeichnet , daß die Binär-Dezimal- f Zähler ols Frequenzteiler ausgebildet sind. {

9. Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung nach einem \ der Ansprüche 1 bis 8 in Anlagen zur Glasfabrikation nsch \ dem Schwimm-Verfahren. .'

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