DE2232812A1 - Aufrechterhaltung einer kondensatorspannung - Google Patents

Aufrechterhaltung einer kondensatorspannung

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DE2232812A1
DE2232812A1 DE2232812A DE2232812A DE2232812A1 DE 2232812 A1 DE2232812 A1 DE 2232812A1 DE 2232812 A DE2232812 A DE 2232812A DE 2232812 A DE2232812 A DE 2232812A DE 2232812 A1 DE2232812 A1 DE 2232812A1
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Jan Snoeks
Klaas Spaargaren
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Shell Internationale Research Maatschappij BV
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Description

"Aufrechterhaltung einer Kondensatorspannung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Spannung an einem Kondensator, z.B. einem Spsicherkondensator, sowie einen Halteverstärker zur Ausführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, die Spannung an einem Speicherkondensator durch eine Korrektur der Kondensatorspannung in geeignet gewählten Zeitabständen aufrechtzuerhalten. Die Korrektur wird durch einen wiederholten Vergleich der Kondensatorspannung mit einer Referenz spannung bewirkt, die sich zeitlich entsprechend einer Anzahl diskreter Pegel-Werte ändert. Wenn ein bestimmter Pegel-Wert der Referenzspannung der Spannung am Speicherkondensator gleicht, wird die Korrektur ausgeführt»
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Bei einer in der niederländischen Patentanmeldung 6 613 offenbarten Schaltung wird die Differenz zwischen einer zeitlich abgestuften Eeferenzspannung und der Kondensatorspannung bestimmt; wenn die Referenzspannung den Wert der Kondensatorspannung überschreitet, d.h. wenn sich eine positive Differenz einstellt, wird die Erhöhung der zeitlich abgestuften Eeferenzspannung unterbrochen und der Kondensator mit dem erreichten, über der Kondensatorspannung liegenden Stufenwert der Referenzspannung aufgeladen.
Diese Schaltung hat den Nachteil, daß sie nur eine langsame Entladung des Speicherkondensators, z.B. auf Grund von Leckströmen, verhindern kann. V7enh der Speicherkondensator an einen Verstärker angeschlossen ist und von diesem mit einem geringen Strom langsam aufgeladen wird anstelle sich zu entladen, kann die Schaltung keine Anwendung finden, da sie dann eine beschleunigte "Überladung" des Speicherkondensators und nicht die Aufrechterhaltung der ursprünglichen Kondensatorspannung bewirken würde. Außerdem muß die Erhöhung der Referenzspannung abgebrochen werden mit der Folge, daß die Schaltung jeweils nur* einen Speicherkondensator kontrollieren kann.
Die Erfindung betrifft im Gegensatz zur erläuterten Schaltung ein Verfahren, bei welchem - bevor die Referenzspannung den Wert der Kondensatorspannung erreicht hat und unter der Voraussetzung, daß die Differenz beider Spannungen kleiner als ein vorgegebener Wert geworden ist eine Vorrichtung betätigt werden kann, mit deren Hilfe die
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Korrektur herbeigeführt wird.
In der niederländischen Patentanmeldung 6 900 108 ist eine Schaltung beschrieben, bei welcher - bevor die Referenzspannung den Wert der Kondensatorspannung erreicht hat und nachdem die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen kleiner als ein vorgegebener Wert geworden ist - eine Ladevorrichtung für den Speicherkondensator angeschaltet wird.
Aber auch diese Schaltung hat den Nachteil, daß nur Leckentladungen des Speicherkondensators ausgeglichen werden können. Für den Pail, daß der Speicherkondensator auch langsam weitergeladen wird, ist diese Schaltung ebenfalls unbrauchbar. Da bei Anwendung dieser Schaltung die Kondensatorspannung uivernieidlich über den der ursprünglichen Kondensator spannung entsprechenden Wert der Referenzspannung angehoben wird, würde der Speicherkondensator bei einer bestehenden Tendenz zur langsamen Weiterladung sofort überladen werden.
Die genannten Nachteile der zuvor erläuterten Schaltungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß zur Durchführung der Korrektur die Referenzspannung oder eine davon abgeleitete Spannung an den Kondensator bzw. den Speicherkondensator mittels eines in beiden Richtungen stromleitenden Schaltelements gelegt wird, das geschlossen wird, bevor die Referenzspannung den V/ert der Kondensatorspannung erreicht, sobald die Differenz zwischen beiden Spannungen kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ge-
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worden ist, der nicht größer als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Werten der Referenzspannung ist, und das für eine Zeitdauer geschlossen gehalten wird, die größer als die Anstiegszeit der Referenzspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Werten derselben und kleiner als die Dauer eines diskreten Wertes ist.
Vorzugsweise wird als Referenz spannung eine in periodischer Wiederholung zeitlich abgestufte bzw. schrittweise geänderte Spannung verwendet.
Der Schwellwert wird zweckmäßigerweise etwas kleiner als die Hälfte des genannten AbStandes gewählt.
Das Schaltelement wird vorzugsweise unabhängig von der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Kondensatorspannung geöffent; häufig wird die Zeitdauer, während der das Schaltelement geschlossen ist, beträchtlich kleiner als die Dauer eines diskreten Wertes der Referenzspannung gewählt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist sichergestellt, daß die Kondensatorspannung unabhängig davon aufrechterhalten wird, ob der Kondensator geladen oder entladen wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Referenzspannung, jedoch muß nicht notwendigerweise, unterbrochen werden, nachdem der Wert der Kondensatorspannung über-
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schritten ist.
Venn die Referenzspannung nicht unterbrochen wird, sondern andauert, kann mit der gleichen Korrekturvorrichtung mehr als ein Speicherkondensator kontrolliert werden.
Im allgemeinen wird zur Ausführung der Korrektur die Referenzspannung selber herangezogen; jedoch kann zu diesem Zweck auch eine von der Referenzspannung abgeleitete und der gleichen zeitlichen Änderung wie diese unterliegende Spannung benutzt werden.
Ein erfindungsgemäßer Halteverstärker· zur Ausführung des neuen Verfahrens ist gekennzeichnet durch
a) einen ersten Differenzverstärker, dessen Ausgang zu einem seiner beiden Eingänge rückgeführt ist,
b) einen Speicherkondensator, der an den anderen Eingang des ersten Differenzverstärkers angeschlossen ist,
c) eine Spannungsquelle für eine Referenzspannung,
die sich zeitlich entsprechend einer Anzahl diskreter Pegel-Werte ändert,
d) einen zweiten Differenzverstärker, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers und dessen anderer Eingang mit der Referenzspannungs-
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quelle verbunden ist,
e) ein in "beiden Richtungen stromleitendes Schaltelement,mittels welchem die Referenzspannungsquelle oder eine von dieser abgeleitete Spannung mit dem Speicherkondensator verbindbar ist, und
f) einen an den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers angeschlossenen Schwellwertdetektor, dessen Ausgang mit dem Schaltelement verbunden ist.
Die verwendeten Differenzverstärker haben einen relativ hohen Eingangswiderstand und einen relativ hohen Verstärkungsfaktor.
Der Schwellwertdetektor, der auf einen in der Regel
der Hälfte des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pegelwerten der Referenzspannung entsprechenden Sehwellwert eingestellt v/erden kann, ist vorzugsweise durch einen Schmitt-Trigger und einen nachfolgenden Impulsgenerator gebildet.
Der Impulsgenerator gibt an das Schaltelement Impulse ab, sobald sich die Referenzspannung der Kondensatorspannung angenähert und die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen einen dem Schwellwert des Schmitt-Triggers entsprechenden Wert erreicht hat, wodurch der Schmitt-Trigger geschaltet wird.
Gegebenenfalls kann die Dauer und/oder Form der vom Impuls-
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generator abgegebenen Impulse voreinstellbar und/oder steuerbar sein. Die Dauer der Impulse legt in der Kegel die Zeitdauer fest, während welcher das Schaltelement geschlossen bleibt* Diese Zeitdauer ist stets kürzer als die Dauer eines diskreten Wertes der Referenzspannung und normalerweise kurz im Vergleich zu Letzterer.
Die Erfindung betrifft ferner die Anwendung des erfindungs- ~ gemäßen Verfahrens bzw. Halteverstärkers im Rahmen einer Prozeßregelung.
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand mehrerer, schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild eines Halfceverstärkers nach der Erfindung,
Fig. 2 die Darstellung des zeitlichen Verlaufs der im Halteverstärker verwendeten Referenzspannung,
Fig. 3 die Darstellung des zeitlichen Verlaufs ver-' schiedener, im Halteverstärker auftretender Signale,
Fig. 4 das Blockschaltbild einer Anlage zur Prozeßregelung unter Anwendung von Halteverstärkern nach der Erfindung,
Fig. 5 das Blockschaltbild einer anderen Anlage zur
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Prozeßregelung unter Anwendung von Haltever- ;
stärkern nach der Erfindung. j
Zu dem in Pig. 1 gezeigten Halteverstärker nach der Erfindung gehört ein Speicherkondensator 1, dessen Spannung auf [
ihrem ursprünglichen Wert gehalten werden soll.
In der Praxis muß eine Kondensatorspannung "beispielsweise
im Eahmen e'iner Prozeßregelung aufrechterhalten werden. [
Bei einer solchen Proseßregelimg werden normalerweise mehrere
Prozeßvariable gemessen, z.B. Temperaturen, Drücke, :
Strömungsgeschwindigkeiten und Produkteigenschaften, und es werden eine Anzahl Prozeßvariable, z.B. Material- und Wärmestrome, nach Maßgabe der gemessenen Werte geregelt.
Die gemessenen Werte stehen normalerweise als elektrische '.
Spannungen zur Verfügung.
Wenn man die Quelle einer solchen Spannung mit einem Speicherkondensator verbindet, kann der Wert der Spannung \ aufrechterhalten oder aufbewahrt werden. Die Kondensator- i spannung gibt ein ständiges Maß des gemessenen Wertes der Prozeßvariablen. Wenn jedoch die Quelle vom Speicherkondensator getrennt wird, stellt die Spannung am Speicher- ! kondensator ein Maß für den zum Zeitpunkt der Trennung ge- / messenen Wert der Variablen dar. Ohne besondere Maßnahmen j bleibt jedoch die Kondensatorspannung nicht auf diesem \
zuletzt genannten Wert. Mittels eines Halteverstärkers nach \ der Erfindung kann sichergestellt werden, daß die Konden- , i satorspannung auf dem gleichen oder zumindest ungefähr dem · J gleichen Wert verbleibt. I
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Die genannte Spannungsquelle für die aufrechtzuerhaltende Spannung ist in 2?ig. 1 mit 2 bezeichnet; die Spannungsquelle 2 kann über eine Impedanz 3» normalerweise einem Widerstand, und ein Schaltelement 4 mit dem Speicherkondensator 1 verbunden werden.
Um eine ständige Aufrechterhaltung der Spannung am Speicherkondensator 1 sicherzustellen, wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen:
Der Spei'cherkondensator 1 ist an einem der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 5 angeschlossen. Der Ausgang dieses Differenzverstärkers ist über eine Leitung 6 zum anderen der beiden Eingänge rückgeführt. Auf diese Veise läßt sich die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers der Eingangsspannung und damit der Kondensatorspannung angleichen. Die Ausgangsspannung an der Klemme 7 läßt sich für eine Reihe verschiedener Zwecke verwenden.
Ein zweiter Differenzverstärker 8 ist mit einem Eingang an den Ausgang des Differenzverstärkers 5 und mit einem weiteren Eingang an eine Spannungsquelle 9 für eine Referenzspannung angeschlossen.
Die verwendeten DifferenzverstärkerQhaben Eingangs Widerstände in der Größenordnung von 10 bis 10 Sl i ihr Verstärkungsfaktor beträgt ohne Gegenkopplung ungefähr ΙΟ-7.
Die Referenzspannung aus der Spannungsquelle 9 ändert sich zeitlich entsprechend einer Anzahl diskreter Pegel-Werte.
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Vorzugsweise steigt die Referenzspannung schritt- oder stufenweise von einem minimalen Wert auf einen maximalen Wert an und fällt dann auf den minimalen Wert zurück, um anschließend wieder schrittweise anzusteigen. Dieser Zyklus wird in der Regel periodisch wiederholt. Der Differenzverstärker 8 verstärkt den Unterschied zwischen der Ausgangsspannung an der Klemme 7 und der Referenzspannung von der Spannungsquelle 9· Der Ausgang des Diffsrenzverstärkers 8 ist an einen Schwellwertdetektorangeschlossen, der durch die Kombination eines Scnadtt-Triggers 10 mit einem Impulsgenerator 11 gebildet ist. Die Impulse vom Impulsgenerator 11 dienen zur Betätigung eines in beide Richtungen stromleitenden Schaltelenentes 12» das zwischen der Referenzspannungsquelle 9 und äem Speicherkondensator 1 eingefügt ist. In der Verbindung von der Referenzspannungsquelle 9 zum ßpeicherkonäensator 1- liegt außerdem normalerweise noch eine in der Eegel Ohm'sche Impedanz 13·
Solange sich das Schaltelement 4 in der nicht gezeigten linken Stellung befindet, folgt die Spannung am Speicherkondensator 1 der von der Spannungsquelle 2 gelieferten Spannung. Wenn das Schaltelement in die rechte Stellung gebracht wird, bildet die Kondensatorspannung die mit Hilfe des Spannungsverstärkers aufrechtzuerhaltende Spannung.
Der Differenzverstärker 8 verstärkt, wie bereits erwähnt, die Differenz zwischen der Ausgangsspannung an der Klemme und der Referenzspannung aus der Spannungsquelle 9·
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Wenn diese Differenz kleiner als ein bestimm!ber Schwellwert wird, spracht der Schwellwertdetektor 10, 11 an und liefert ein Impulssignal, durch welches das Schaltelement geschlossen wird.
Daraufhin wird die Referenzspannungsquelle 9 über die Impedanz 13 und das Schaltelement 12 mit dem Speicher- kondensator 1 verbunden. Nach einer kurzen Zeitdauer, die kleiner als die Dauer eines Spannungswertes oder -pegels der Referenzspannung ist, wird das Schaltelement 12 wieder geöffnet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel folgt auf den Schmitt-Trigger 10 ein monostabiler Multivibrator. Der Schmitt-Trigger spricht bei einem bestimmten Schwellwert an und bewirkt dadurch, daß der Impulsgenerator bzw. Multivibrator 11 einen Impuls abgibt, der das Schaltelement 12 schließt. Die Dauer des Impulses ist einstellbar und so gewählt, daß das Schaltelement 12 wieder geöffnet wird, bevor das zeitliche Ende des Spannungspegels der Referenzspannung erreicht ist.
Es wird nunmehr die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Zeichnung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert.
Die zeitliche Änderung der Referenzspannung V ~ ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Normalerweise wird eine zeitlich abgestufte Spannung, d.h. eine Stufenspannung verwendet, welche periodisch von einem Minimalwert Vmin, der im gewählten Beispiel 0 ist, auf einen Maximalwert
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ansteigt» Der Bereich. \^η "bis ^mgac soll den Bereich U erwart enden Werts;
kondensator 1 überdecken.«
der EU erwart enden Werts; der Spannung 7 am Reicher
Der Bereich ¥ - bis 7 kann "beisoiclsweise auch mit mm max
einem .negativen" Spaimungswert "besinnen und durch Null hindurchgehend bei einem positiven Wert enden. Die Referenz- ' spannung kann auch einen in Stufen abfallenden zeitlichen Verlauf haben.
Die Übergangs '<ron einem diskreten Pegel zum nächstfolgenden sind gewöhnlich sehr steil» Der Abfall der Spamrang nach Erreichen des Maximalwertes V__„ ist in der Regel ebenfalls eis sehr steiler» Falls es sich um eine fallende Sti.ifenspan33.ung handelt, gilt das gleiche natürlich entsprechend für den Anstieg von Ό« auf V „ . Die An-
* *- mm max
stiegszeit für eine Stufe kann beispielsweise zwischen einer Milliaelmiide und einer Mikrosekunde liegen,
Im Beispiel der Pig. 2 sind 10 Stufen zwischen V. und V gezeigt, von denen jede eine Sekunde dauert. In der Praxis werden gewöhnlich erheblich mehr Stufen, beispielsweise 100 Stufen, mit einer Gesamtdauer von 100 see verwendet. Die Dauer einer Periode der Eeferenzspannung richtet sich nach der erwarteten Änderung der Spannung am Speicherkondensator 1.
Je größer die Geschwindigkeit der ungewollten Ladung oder Entladung des Speicherkondensators ist, desto schneller sollte sich die Referenzspannung ändern. Z.B. kann die
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Dauer einer Periode 10 see und die Dauer eines Spannungspesels der ansteigenden Stufenspannung dann ungefähr 100 MiIiSekunden betragen.
In Fig. 3 ist das tatsächliche Geschehen genauer dargestellt. Die I1Xg. 3A zeigt wiederum den zeitlichen Verlauf der Referenzspannung Vf, wobei der Anstieg· zwischen den ._ Spannungspegeln übertrieben flach dargestellt ist. In Fig. 3A ist von der Annahme ausgegangen, daß Jede Stufe den Anstieg der Referenzspannung um 4-0 mV bedeutet und daß die Kondensatorspannung 98 mV beträgt. Die Differenzverstärker haben unter Berücksichtigung der Gegenkopplung einen Verstärkungsfaktor von 300 und der Schmitt-Trigger ist auf einen Schwellwert von etwas weniger als 6 V eingestellt. Sobald sich die Referenzspannung Vx. bis auf einen Unterschied von etwas weniger als 20 mV, der halben Stufenhöhe, der Kondensatorspannung V„ angenähert, also den Punkt P erreicht hat, spricht der Schmitt-Trigger an, vgl. Fig. 3B.
Der Impulsgenerator 11 gibt dann ein impulsförmiges Signal, vgl. Fig. 30) an das Schaltelement 12 ab. Dieses schließt, vgl. Fig. 3D und die Kondensat or spannung Yn wird-von ihrem ursprünglichen Wert von 98 mV auf den 80 mV betragenden Spannungswert des Pegels Q der Referenzspannung herabgesetzt. Bevor das zeitliche Ende des Pegels Q erreicht ist, wird das Schaltelement wieder geöffnet und die Kondensatorspannung für die Dauer einer Periode der Referenzspannung sich selbst überlassen· Die Kondensatorspannung Vc hat, wie in Fig. 3A gezeigt, die Neigung, aufgrund einer
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sehr langsamen Aufladung wieder auf den alten Wert von 98 mV anzusteigen. Bei der nächsten Annäherung der vom Minimalwert, der in diesem Falle 0 V beträgt, ansteigenden Referenzspannung V „ wird die Kondensatorspannung V
3?ΘΧ C
wiederum auf den Pegel Q abgesenkt.
Sollte jedoch der Bpeicherkondensator lecken und daher seine Spannung unter den Pegel Q absinken, würde die Kondensat or spannung auf den Pegel Q angehoben, wenn sie nicht
beim
zuvor unter einen bestimmten,/m Fig. 3 dargestellten Beispiel 61 mV betragenden Wert abgesunken ist.
Der erfindungsgemäße Halteverstärker kann also die Spannung; sowohl an leckenden wie auch an langsam weiter geladenen Speicherkondensatoren beliebig lange auf dem ursprünglichen oder zumindest in etwa auf dem ursprünglichen Wert halten. Die Genauigkeit, mit der die ursprüngliche Kondensatorspannung aufrechterhalten werden soll, kann durch geeignete Wahl der Stufenhöhe und der Periodendauer der Eeferenzspannung eingestellt werden.
Sobald der Schmitt-Trigger angesprochen hat, wird mittels einer besonderen, nicht gezeigten Verbindung zwischen dem Ausgang des Schmitt-Triggers und dem Eingang des Differenzverstärkers 8 ein weiteres ungewolltes Ansprechen der Schaltung, z.B. aufgrund von der Kondensatorspanimng oder der Referenzspannung überlagerten Störsignalen, wie Brummen oder Rauschen, unterbunden. Beim Abfall der Beferenzspannung wird das Schaltelement 12 nicht betätigt. In diesem Fall würde der Impulsgenerator
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einen negativen Impuls erzeugen, während jedoch das Schaltelement 12 nur auf positive Impulse anspricht. Darüber hinaus stellt eine nicht gezeigte Diode sicher, daß die negativen Impulse unterdrückt werden.
Zur Erfindung gehören auch eine Reihe von Schaltungen zur Prozeßregelung mittels eines Digitalrechners, der ein oder mehrere, zu gemessenen Prozeßvariablen in Beziehung stehende Meßsignale erhält und der ein oder mehrere, für die Beeinflussung einer oder mehrerer Prozeßvariablen bestimmte Stellsignale ergibt. Bei solchen Schaltungen werden Halteverstärker nach der Erfindung mit Vorteil angewendet; in der Regel findet eine ganze Reihe von Halteverstärkern Verwendung.
Bei der ersten, in Fig. 4 dargestellten Schaltung erhält der Speicherkondensator des verwendeten Halteverstärkers die aufrechtzuerhaltende Spannung vom Ausgang des Digitalrechners, oder, mit anderen Worten, als Ausgangssignal des Digitalrechners. Dies gilt jedoch nur, solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet. Bei einem eventuellen Ausfall des Digitalrechners wird die Verbindung zwischen dem Speicherkondensator und dem Digitalrechner unterbrochen. Im übrigen ist der Ausgang des ersten Differenzverstärkers des Halteverstärkers mit einem Stellglied für die zu regelnde Prozeßvariable verbunden.
Bei der zweiten, in Fig. 5 dargestellten Schaltung wird ein
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dem Eingang des Digitalrechners angeführtes Signal außer den}.- als die aufrechtzuerhaltende Spannung - dem Speicherkondensator des HalteVerstärkers ^geführt. Dies jedoch nur, solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet. Sollte der Digitalrechner ausfallen, wird die Verbindung zwischen dem Speicherkondensator und der Quelle für das zugeführte Signal unterbrochen. Letztere Quelle ist außerdem an dem einen Eingang eines Subtrahiergliedes angeschlossen, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Halteverstärkers verbunden ist. Der Ausgang des Subtrahiergliedes ist mit dem einen Eingang eines anderen Haiteverstärkers verbunden, dessen anderer Eingang - solange der .Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet - an den Ausgang des Digitalrechners - an weichem ein zur Beeinflussung einer bestimmten Prozeßvariablen geeignetes Steilsignal abnehmbar ist - angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einem Stellglied zur Steuerung dieser betreffenden Proseßvariablen verbunden ist.
Bei der ersten Schaltung (vgl. Fig. 4) zur Prozeßregelung
mittels eines direkt arbeitenden Digitalrechners erhält der Digitalrechner 20 an seinen Eingängen 21 Meßsignale von einem oder mehreren Meßwertaufnehmern für Prozeßvariable. Der Digitalrechner verarbeitet diese Meßsignale nach einem für jedes einzelne Meßsignal festgelegten Programm und liefert an seinen Ausgängen 22 nacheinander entsprechende Stellsignale an Stellglieder 24, mit welchen die entsprechenden Prozeßvariablen beeinflußt werden. Jeder der Ausgänge 22 des Digitalrechners führt daher periodisch, jeweils für eine kurze Zeit, ein für das
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Stellglied, das dem betreffenden Ausgang zugeordnet ist, bestimmtes Signal. Für den .Fall einer eventuellen Störung des Digitalrechners ist es wünschenswert, auf einen Not-Regelkreis umschalten zu können, mit de:ssen Hilfe der Prozeß für die Dauer der Störung des Digitalrechners so gut wie möglich fortgeführt werden kann. Zu diesem Zweck können Halteverstärker 32 verwendet werden, die bereits an jedem Stellglied 24- zur Verfügung stehen, um das betreffende Stellglied in der gewünschten Stellung zu halten, während der Digitalrechner mit der Erzeugung von Stellsignalen für die anderen Stellglieder belegt ist. Die Halteverstärker 32 können erfindungsgemäß ausgebildet sein· In Fig. 4· sind vier identische ITot-Eegelkreise gezeigt. Bei einer großen Anlage können jedoch beispielsweise 200 vorhanden sein. Die Ausgangsspannung an der Klemme 25 des Halteverstärkers 32 dient zur Einstellung des betreffenden Stellgliedes 24. Solange die Anlage durch den Digitalrechner 20 geregelt wird, befinden sich die Schaltelemente 26 in der nicht gezeigten, linken Stellung. Die Schaltelemente 26 entsprechen dem Schaltelement 4- in Frg. 1, während der Ausgang des Digitalrechners der Spannungsquelle 2 in Fig. Λ entspricht. Wenn der betreffende Ausgang 22 des Digitalrechners kurzzeitig angeschlossen wird, folgt die Spannung am Kondensator 27 und die Spannung an der Klemme 25 der vom Ausgang gelieferten Spannung. In der Zwischenzeit, der Zeit zwischen zwei Anschaltungen des betreffenden Ausganges 22 des Digitalrechners 20, bleibt die Ausgangsspannung an der Klemme 25 konstant, solange die Spannung am Kondensator 27, der die gleiche Funktion wie der Speicher-
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kondensator 1 in Fig. 1 hat, konstant bleibt. Der Zeitabstand zwischen zwei Durchschaltungen des betreffenden Ausganges ist so klein, daß es im allgemeinen kaum oder sogar überhaupt nicht notwendig ist, für die Aufrechter-iialtung der Spannung auf einem konstanten Vert zu sorgen.
Bei einem Ausfall des Digitalrechners 20 werden die Schaltelemente 26 selbsttätig in die rechte Stellung gebracht, also in die Stellung, in der sie vom Digitalrechner 20 getrennt sind. Mittels der Halteverstärker nach der Erfindung werden die Spannungen an den Kondensatoren 27 und damit auch die Stellungen der Stellglieder 24 unabhängig von der Dauer der Störung konstant gehalten. Die Schaltungsglieder 23, 28, 29, 30 und 31 entsprechen den Schaltungsgliedern 5, 8, 10/11, 9 bzw. 12 in Ifig. 1. Im betrachteten Fall umfassen die Not-Regelkreise Halteverstärker nach der Erfindung. Der Prozeß, der zuvor unmittelbar durch einen Digitalrechner geregelt wurde, wird nun nicht mehr geregelt, sondern im letzten, durch den Digitalrechner bestimmten Zustand weitergeführt.
Bei der zweiten, in Fig. 5 dargestellten Schaltung ist der Digitalrechner mit 40 bezeichnet. Die Linien 41 deuten schematisch die Verbindungen zu Meßaufnehmern für die zu messenden Meßvariablen, z.B. Temperaturen, Drücke, Strömungsgeschwindigkeiten und Produkteigenschaften, an. Bei einer großen Anlage können beispielsweise 200 Meßstellen vorhanden sein. Die Ausgänge des Digitalrechners
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sind mit 42 bezeichnet. Bei Verwendung von Digitalrechnern zur Prozeß steuerung sind die üblichen Begier nicht erforderlich. In Fig. 5 sind vier untereinander identische Schaltkreise zur Regelung von vier Prozeßvariablen gezeigt.
Jedem Stellglied 43 zur Beeinflussung einer Prozeßvariablen ist ein Halteverstärker 44 mit einer Buckkopplung 45 zugeordnet. Die Schaltelemente 46 verbinden die Ausgänge 42 des Digitalrechners jeweils mit einem Halteverstärker 44. Während der unmittelbaren Begelung durch den Digitalrechner befinden sich die Schaltelemente 46 in der nicht gezeigten linken Stellung. In dieser Stellung gelangen die Signale von den Ausgängen des Digitalrechners 40 über die Leitungen 47 zu den ■Halteverstärkern 44. Dabei werden mit den Halteverstärkern verbundene Haltekondensatoren 48 auf eine Spannung aufgeladen, die der entsprechenden Ausgangsspannung des Digitalrechners 40 gleicht oder proportional ist. Jeder rückgekoppelte Verstärker mit einem Kondensator 48 bildet einen Halteverstärker, der sicherstellt, daß das Stellglied 43 in der gleichen Position, in die es gebracht wurde, während das entsprechende Ausgangssignal vom Digitalrechner 40 zugeführt wurde, verbleibt, bis das entsprechende Ausgangssignal vom Digitalrechner erneut zugeführt wird.
Im Falle einer Störung des Digitalrechners 40 gelangen die Schaltelemente 46 in die rechte, gezeigte Stellung. Dann ist eine Impedanz 49 zugeschaltet, durch die der Verstärker
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zu einem Regler wird, dessen Charakteristik durch die Kopplungen bestimmt ist. Jede Eegelschaltung umfaßt einen Halteverstärker 60 nach der Erfindung.
Me mit den Bezugszeichen 50 51» 52, 53* 54-, 55t 56 und57 in Fig. 5 bezeichneten Schaltungsglieder entsprechen den Schaltungsgiiedern 5, 6, 1, 4, 8, 9, 12 bzw. 10/11 in Fig. 1. Während der direkten Regelung befinden sich die Schaltelemente 53 in der- linken, nicht gezeigten Stellung. Die Subtrahierglieder 58 subtrahieren die beiden Eingangssignale voneinander. Bas sind die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 50 und das über eine Leitung 59 zugeführte Meßsignal, welches außerdem an den Eingang 41 des Digitalrechners 40 gelangt. Die Differenz, das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes 58, wird dem Halteverstärker 44 zugeführt. Solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet, bleiben die Schaltelemente 53 in der linken Stellung und die Ausgangsspannung jedes Subtrahiergliedes 58 ist O, da unter diesen Umständen beide Eingangssignale jedes Subtrahiergliedes einem gleichen Meßsignal entsprechen.
Bei einer Störung des Digitalrechners 40 gelangen die Schaltelemente 53 in die rechte Stellung. Dann bleibt das Ausgangssignal des DifferenzVerstärkers 50 für unbeschränkte Zeit konstant und dient als Sollwert-Signal für den Not-Regelkreis, durch den nun das entsprechende Stellglied 43 gesteuert wird.
ANSPRÜCHE:
209884/091B

Claims (7)

  1. PAIIFTANSPEÜOHE
    Ό) Verfahren zur AuJTrechterhaltung der Spannung an einem kondensator, z.B. einem Speicherkondensator, bei welchem die Kondensat or spannung in geeignet gewählten Zeitabständen durch wiederholten Vergleich mit einer Referenzspannung, die sich zeitlich entsprechend, einer Anzahl diskreter Pegel-Werte ändert, mittels einer Vorrichtung korrigiert wird, die zur Ausführung einer Korrektur betätigt wird, bevor die Referenzspannung den Wert der Kondensatorspannung erreicht hat, aber nachdem die Differenz beider Spannungen kleiner als ein vorgegebener Wert geworden ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Referenzspannung oder eine davon abgeleitete Spannung an den Kondensator mittels eines in beiden Richtungen stromleitenden Schaltelementes gelegt wird, das geschlossen wird, bevor die Referenzspannung den Wert der Kondensatorspannung erreicht, sobald die Differenz zwischen beiden Spannungen kleiner als ein vorgegebener Schwellwert geworden ist, der nicht größer als die Hälfte des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Werten der Referenzspannung ist, und das für eine Zeitdauer geschlossen gehalten wird, die größer als die Anstiegszeit der Referenzspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Werten derselben und kleiner als die Dauer eines diskreten Wertes ist.
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  2. 2) Yerfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schaltelemente unabhängig von der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Kondensatorspannung geöffnet wird.
  3. 3) Halteverstärker zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
    a) einen ersten Differenzverstärker (5)> .dessen Ausgang zu einem seiner beiden Eingänge rückgeführt ist,
    b) einen Speicherkondensator (O1 der an den anderen Eingang des ersten Differenzverstärkers (5) angeschlossen ist,
    c) eine Spannungsquelle (9) für eine Referenzspannung, die sich zeitlich entsprechend einer Anzahl diskreter Pegel-Werte ändert,
    d) einen zweiten Differenzverstärker (8), dessen einer Eingang -mit dem Ausgang des ersten Differenzverstärkers (5) und dessen anderer Eingang mit der Referenzspannungsquelle (9) verbunden ist,
    e) ein in beiden Richtungen stromleitendes Schaltelement (12), mittels welchem die Referenzspannungsquelle (9) oder eine von dieser abgeleitete Spannung mit dem Speicherkondensators (1) verbindbar ist, und
    f) einen an den Ausgang des zweiten Differenzverstärkers
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    (8) angeschlossenen Schwellwertdetektor (iO, 11), dessen Ausgang mit dem Schaltelement (12) verbunden ist.
  4. 4) Halteverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwellwertdetektor durch einen Schmitt-Trigger (10) und einen nachfolgenden, Impulse an das Schaltelement (12) abgebenden Impulsgenerators (11) gebildet ist.
  5. 5) Halteverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Dauer und/oder Form der vom Impulsgenerator (11) abgegebenen Impulse voreinstellbar und/oder steuerbar ist bzw. sind.
  6. 6) Anwendung eines Halteverstärkers nach Anspruch
    3, 4 oder 5 im Sahmen einer Prozeßregelung, bei welcher ein Digitalrechner ein oder mehrere,zu gemessenen Prozeßvariablen in Beziehung stehende Meßsignale erhält und ein oder mehrere, zur Beeinflussung von Prozeßvariablen bestimmte Stellsignale abgibt, dadurch gekennz eiehnet, daß der Speicherkondensator (27) mindestens eines Halteverstärkers (32) jeweils mit einem am Ausgang (22) des Digitalrechners (20) anstehenden Stellsignal als der aufrechtzuerhaltenden Spannung beaufschlagt ist, solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet, während die Verbindung (26) zwischen dem Speicherkondensator und dem Digitalrechner bei einem Ausfall desselben unterbrochen wird, und daß der Ausgang (25) des ersten Differenzverstärkers (23) des Halteverstärkers mit einem Stellglied (24) für die zu regelnde Prozeßvariable verbunden ist.
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  7. 7 j Anwendung eines Hal teverstärkers nach Anspruch 31 Nieder 5 im EfShmen einer ProE-sBregelinig, "bei -welcher ein Digitalrechner ein oder mehrere, zu gemessenen Prozeßvariablen in Beziehung stehende MeSsignale erhält und ein oder mehrere, zur Beeinflussung von Prozeßvariablen ■bestimmte Stellsignale abgibt, dadurch g e k e η η - , ' zeichnet , daß der Speieherkondensator (52) mindestens eines Halteverstärkers (60) jeweils mit einem si:: Eingang (41) des Digitaireeiinex^s (40) anstehenden I'IeSsignal als der aufrechtzuerhaltenden Spannung beaufschlagt ist. solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet, während die Verbindung (53) zwischen dem Speicherkondensator und der Meßsignalquelle bei einem Ausfall des Digitalxechners unterbrochen wird, daß diese Meßsignalquelle ferner an den einen Eingang eines Subtrahiergliedes (58) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des Halteverstärkers (60) und dessen Ausgang mit dem einen Eingang eines anderen Halteverstärkers (44) verbunden ist, dessen anderer Eingang, solange der Digitalrechner ordnungsgemäß arbeitet, an den Ausgang (42) des Digitalrechners angeschlossen ist und dessen Ausgang mit einem Stellglied (43) für die zu regelnde Prozeßvariable verbunden ist.
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    tele e rseiie
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