DE2246040A1

DE2246040A1 - Steuersystem fuer die automatische zeitsteuerung eines vorgeschriebenen ablaufes von vorgaengen

Info

Publication number: DE2246040A1
Application number: DE2246040A
Authority: DE
Inventors: Fitzwilliam Allan Wentworth
Original assignee: Cutler Hammer Australia Pty Ltd
Current assignee: Cutler Hammer Australia Pty Ltd
Priority date: 1971-09-22
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1973-03-29
Also published as: JPS4838849A; IT965434B; US3816724A; GB1348219A; FR2153367A1; CA972853A

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Aösmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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CUTIER-HAMMER INTERNATIONAL PINANCE, INC.,Milwaukee,

USA

Steuersystem für die automatische Zeitsteuerung eines vorgeschriebenen Ablaufes von Vorgängen.

Die Erfindung betrifft Steuereinrichtungen für die Zeitsteuerung von Vorgängen, wie sie beim elektrischen Schweißen oder bei anderen Prozessen auftreten, die aufeinanderfolgende Vorgänge verwenden. Wenn auf die Zeitsteuerung von Vorgängen Bezug genommen wird, so soll darunter sowohl die Zeitsteuerung des aufeinanderfolgenden Umschaltens der Vorgänge als auch die Zeitsteuerung der einzelnen Vorgänge verstanden werden.

Im allgemeinen ist bei Steuerungssystemen, wie sie gegenwärtig verwendet werden, jeder zeitlich gesteuerte Ablauf, z.B. bei einem Schweißvorgang, durch analoge oder digitale Einrichtungen bestimmt. Die letzteren enthalten das Zählen von Zyklen und komplizierte Schaltungen, sind aber absolut genau, während die

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ORlGJNAL INSPECTED

ersteren wegen ihrer geringeren Kosten von Bedeutung sind, obwohl sie nicht so genau sind.

Zahlreiche bekannte Entwürfe für solche Systeme vom Analogtyp verwenden einen getrennten RC-Kreis für Jeden Vorgang. Im allgemeinen wird jeder zeitlich gesteuerte Ablauf durch das Zünden eines Unijunctionstransistors oder einer ähnliche Triggereinrichtung bestimmt, wenn der Kondensator auf eine bestimmte Spannungshöhe aufgeladen ist. Die für das Erreichen dieser Spannungshöhe erforderliche Zeit wird variiert, indem ein variabler Widerstand für die R-Komponente verwendet wird. Soweit es zweckmäßig ist, eine Steuerung mit logarithmischer Skala vorzusehen, ist es üblich, eine logarithmische "Lautstärke-Regelung" vom Rundfunkgeratetyp zu verwenden.

Der Nachteil aller dieser Schaltungen liegt in der Verwendung von logarithmischen Potentiometern, die wegen des erforderlichen hohen Widerstandswertes vom "Kohleelement"-Typ sein müssen, was zur Folge hat, daß keine Einheiten erhalten werden können, die demselben Widerstandsgesetz folgen. Die individuelle Justierung der verschiedenen Steuerungen ist sehr aufwendig und. bringt außerdem. Probleme beim Austauschen dieser Einheiten mit sich. Eine weitere Einschränkung dieses Systems beruht darauf, daß die zeitliche Verzögerung spannungsabhängig ist.

Ziel der Erfindung ist ein Steuersystem für die Zeitsteuerung von aufeinanderfolgenden Vorgängen bei Industrieprozessen, das relativ billig ist und die oben genannten Nachteile im wesentlichen vermeidet.

Dazu umfaßt das Steuersystem für die zeitliche Steuerung von Vorgängen, die in einem vorbestimmten Ablauf bei einem industriellen Verfahren auftreten, erfindungsgemäß eine elektrische Spannungsversorgung, eine mit der Spannungsversorgung verbundene, die Spannung aufbauende RC-Ladeschaltung, zahlreiche Widerstandsschaltungen, die parallel mit der Spannungsverβorgung ge-

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schaltet sind und jeweils der Zeitsteuerung eines Vorgangs
zugeordnet sind, eine. Spannungsvergleichsschaltung mit zwei
Eingängen,von denen der erste mit der RC-Ladesehaltung verbunden ist, und eine Einrichtung, die wahlweise eine der Widerstandsschaltungen mit dem zweiten Eingang der Spannungsvergleichsschaltung verbindet, wobei uie Spannungsvergleichsschaltung ein Ausgangssteuersignal abgibt, wenn die Spannung der
RC-Ladeschaltung die Spannung überschreitet, die von der angeschlossenen Widerstandsschaltung zugeführt wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.

Pig. 1 zeigt eine vereinfachte Grundschaltung des Steuersystems gemäß der Erfindung;

Pig. 2 zeigt eine ändere Porm der Schaltung der Pig. 1;

Pig. 3 und 4 zeigen zwei der. zahlreichen möglichen Anordnungen für das Auswählen der Widerstandsschaltungen, die zu den
zeitlich gesteuerten Vorgängen gehören.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel des
Steuersystems verwendet eine herkömmliche Rö-Ladeschaltung und Triggereinrichtung. Ein getrenntes Drahtpotentiometer kann.für die Zeitsteuerung jedes Vorgangs vorgesehen sein, wobei alle Potentiometerschaltungen von derselben Spannungsschiene versorgt werden, die den RC-Kreis versorgt. Die Potentiometerausgänge können in der geeigneten Reihenfolge durch ein Schieberegister oder eine andere geeignete Einrichtung ausgewählt
werden und eine Referenzspannung liefern, mit der die Spannung an dem Ladekondensator durch die Triggereinrichtung verglichen wird. Bei der Auswahl der Höhe der Potentiometerspannung bei
Maximaleinsteilung wird der exponentielle Verlauf der Ladefunktion ausgenützt, um die Zeitskala in der geforderten V/eise

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Außer dem Vorteil, daß die Zeitjustierung bei der Produktion genau vorhergesagt und gedruckt werden kann, beeteht ein weiterer Vorteil darin, daß eine einzige Justierungseinstellung von R1 sicherstellt, daß alle Abläufe richtig sind.

In Fig. 1 ist eine Grundschaltung gezeigt, bei der ein Spannungsvergleicher A ein Ausgangssignal liefert, wenn die Spannung EV > E2. Wenn der Schalter SW geschlossen wird, wird der Kondensator C1 aufgeladen,· bis dieser Zustand erreicht ist. Die Einstellung der Spannung E2 mit Hilfe des Potentiometers R4 liefert eine Zeitverzögerung im Bereich zwischen Mull und einem Maximalwert, der durch die Zeitkonstante (R1 + R2) ■■»- 01 und das Verhältnis von R3 zu R4 bestimmt ist. Durch die Wahl dieses letzteren Verhältnisses kann vorteilhaft der exponentiel-Ie Verlauf des Anstiegs in der Spannung E1 ausgenützt werden, um in dem erforderlichen Ausmaß eine logarithmische Eichung des Potentiometers R4 zu erhalten. Ein bedeutender Vorteil der Schaltung besteht aufgrund der Verwendung einer gemeinsamen Spannungsversorgungsquelle darin, daß die Zeitverzögerung unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung ist.

Geeignete Spannungsvergleicher sind in" Form von integrierten Schaltungen erhältlich und üblicherweise mit einem "Abtast"-Eingang versehen, der sicherstellt, daß der Ausgang nur dann den Eingangsspannungsbedingungen entspricht, wenn der Abtasteingang hoch ist. Wenn ein Spannungsimpuls diesem Abtasteingang synchron mit der Netzspannung zugeführt wird, ist das Ausgangsägnal in gleicher Weise synchronisiert.

Eine andere Schaltungsmöglichkeit ist in Fig. 2 gezeigt, wo die synchronisierenden Impulse von einem Sättigungskern TI hergeleitet werden. Bis zum Ablauf der Zeitverzögerung ist die Diode D1 gesperrt, und kein Ausgangssignal tritt an der. Sekundärseite des Impulstransformator T2 auf. Wenn die Spannung an dem Kondensator C1 ausreicht, wird ein Spannungsimpuls der

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Primärseite des Transformators T2 über die Diode D1 und die Reihenschaltung der Kondensatoren 01 und 02 und daher über die Sekundärseite des Transformators 12 über den Verstärker A zu . dem Ausgang geführt. Diese Schaltungsabwandlung sorgt für eine ■ geringe Belastung am Kondensator 01 und im wesentlichen für einen Impulseingang zu dem Transformator T2.

In der Praxis muß natürlich eine Anzahl von Vorgängen in einer vorbestimmten Reihenfolge zeitlich gesteuert werden. Im Fall des elektrischen Widerstands-Schweißverfahren sind die Vorgänge, die zeitlich gesteuert werden müssen, die Zeitintervalle der Preßverzögerung, des Zusammenpressen, der Schweißperiode, der Halteperiode und des Freigebens. Das Steuersystem schließt daher eine Vielzahl von Widerstandsschaltungen R3 bis R4 ein, die jeweils zu einem speziellen Vorgang gehören. Sie werden in einer vorbestimmten Reihenfolge entsprechend den Phasen des Verfahrens für die Verbindung mit der Vergleichsschaltung (Di- T2 in Pig. 2 bzw. A in Pig. 1) ausgewählt. Die einzelnen Ausgänge eines nicht gezeigten Schieberegisters von bekannter Form werden so angeschlossen, daß sie aufeinanderfolgend die Verbindung mit den Widerstandsschaltungen herstellen.

In Pig, 3 steuert ein von dem Schieberegister kommender positiver Strom zu dem Eingang b1 den Transistor TR1 auf,und das Potential bei E2 wird durch die Einstellung des Potentiometers R4 bestimmt. Die anderen Transistoren TR2, TR3 und TR4 sind anfangs ausgeschaltet, und die Dioden D2, D3 und D4 sind gesperrt. Der Wert des Widerstands R5 ist sehr hoch im Vergleich zu dem Widerstand R4 und ist so gewählt, daß die Zeitkonstante R5-C2 <R2-01«

Der Zeitsteuerungsablauf beginnt, wenn der Transistor TR5 zugesteuert ist, so daß der Kondensator 01 geladen werden kann. Am Ende der ersten Zeitsteuerungsperiode steuert der Ausgangsimpuls vom Verstärker A den Transistor TR5 auf, um die Spannung an dem Kondensator 01 auf nahezu Null zurückzustellen und das Register.

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in den nächsten Zustand zu verschieben. Ein Strom am Eingang b2 wählt nun die nächste Spannungshöhe bei E2 aus, und der Zeitablauf verläuft entsprechend.

Eine andere Anordnungsmöglichkeit ist in Fig. 4 gezeigt, wo Dioden für das wahlweise Schalten anstelle der Transistorschalter verwendet werden, und wo die Spannung Null an einem der « Eingänge b1 bis b4 erforderlich ist, um den geeigneten Ablauf auszuwählen. Dies kann über ein Schieberegister geschehen, wie es oben in Zusammenhang mit Pig. 3 beschrieben wurde.

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Claims

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Patentansprüche

Steuersystem für die automatische Zeitsteuerung eines vorbeschriebenen Ablaufes von Vorgängen bei einem industriellen Verfahren, bei dem ein Ausgangssteuersignal entsprechend der Spannung einer elektrischen ladung in einem Kondensator eines RC-Kreises, der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Widerstandsschaltungen parallel zueinander an die Spannungsquelle angeschlossen sind, die jeweils zu der Zeitsteuerung eines einzelnen Vorganges in dem Ablauf gehören und eine Ausgangsspannung liefern, die einen Parameter des zugehöre.nden Vorgangs angibt, daß eine gemeinsame Verbindung zwischen den Widerstandsschaltungen und dem RC-Kreis vorgesehen ist, daß¹eine Einrichtung nacheinander den Ausgang jeweils einer ausgewählten Widerstandsschaltung mit der gemeinsamen Verbindung verbindet, und daß eine Spannungsvergleichseinrichtung in der gemeinsamen Verbindung die Spannung der Ladung in dem RC-Kreis mit der Ausgangsspannung der verbundenen Widerstandsschaltung vergleicht, wobei das Ausgangssteuersignal am Ausgang der Spannungsvergleichseinrichtung erscheint, wenn die erste Spannung in einem vorbestimmten Verhältnis zu der zweiten Spannung steht.
2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Widerstandsschaltung ein Potentiometer.umfaßt,, das einstellbar ist, um die der Spannungsvergleichsschaltung zugeführte Spannung zu bestimmen.
3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Widerstandsschaltung weiter einen Widerstand umfaßt,

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der in Reihe mit dem Potentiometer geschaltet ist, und daß die der Spannungsvergleichsschaltung zugeführte Spannung von einem Abgriff des Potentiometers weggeführt wird.
4. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichseinrichtung eine Diode, einen Impulstransformator und einen Ausgangstransformator umfaßt, dessen Primärwicklung in Reihe mit- der Diode und dem Transformator geschaltet ist, wobei die Impulse γοη dem Impulstransformator normalerweise durch die Diode für den Durchgang durch den Ausgangstranformator gesperrt werden, bis die Spannung der ladung in dem RC-Kreis in einer vorbestimmten Beziehung zu der Ausgangsspannung der angeschlossenen Widerstandsschaltung steht.
5. Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter elektrischer RC-Ladekreis parallel zu der Spannungsversorgung geschaltet ist, und daß sein Kondensator so geschaltet ist, daß er ebenfalls die Ausgangsspannung von der angeschlossenen Widerstandsschaltung empfängt, wobei die Zeitkonstante des zweiten RC-Ladekreises kleiner ist als die des zuerst genannten RC-Kreises.
6. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum wahlweisen Anschließen einer der Widerstandsschaltungen Schalter sind, die an die jeweiligen Ausgänge eines Schieberegisters angeschlossen sind, das durch die Ausgangssteuersignale schrittweise weitergeschoben wird.
7. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Beziehung eintritt, wenn die Spannung der Ladung in dem RC-Kreis die Ausgangsspannung der angeschlossenen Widerstandsschaltung überschreitet.

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