DE2318758A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung von energie-verbrauchersystemen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE HENKEL— KERN — FEILER — HÄNZEL— MÜLLER

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Automated Energy Systems,lnc. 2 3 1 8 7 5 B

Mathews, N.C, V.St.A.

13. APR. 1973

Verfahren und Einrichtung zur Überwachung von Energie-Verbrauchersystemen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eipe Einrichtung zur Regelung oder Steuerung der Energieeinspeisung, (normalerweise) in eine Last, und/oder zur Überwachung und Alarmgebung jeweils relativ zu voreinstellbaren Energiepegeln.

Es liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine automatisch arbeitende Einrichtung mit einer geeigneten, rechnerkompatiblen Schaltung zur Regelung und Überwachung der Energieeinspeisung an Verbraucher zu schaffen.

in den meisten Fällen wird ein Energieparameter bei festem Energiepegel in eine Last eingespeist. Die zu schaffende Schaltung und die zugeordnete Einrichtung sollen die meisten Energieformen verarbeiten können, so daß viele verschiedene Energieparameter berücksichtigt werden können. Normalerweise soll der zugeordnete Wandler nur ausgewechselt werden, um die unterschiedlichen, derzeit bekannten Energiesysteme zu handhaben. Die verschiedenen Wandler-Ausgangssignale sollen für Steuerzwecke relativ zu einem oder mehreren Parametereingängen in Multiplex verarbeitet bzw. übertragen werden können. Weiterhin soll ein Spezialzweck-Rechner eingesetzt werden können, welcher eine große Zahl von Veränderlichen für Steuer- und Überwachungszwecke relativ zu vorbestimmten Energiepegeln zu verarbeiten vermag, ohne

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ohne auf große Allzweck-Rechner zurückgreifen zu müssen. Die grundsätzliehe Schaltung soll die Steuerung unabhängig von verschiedenen Parametereingängen ermöglichen. Die erfaßbaren Energiegrößen sollen beispielsweise Temperatur, Druck, Position, Feuchtigkeitsgehalt, Geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit, Kristallschwingung, Licht, Farbe oder Ableitungen davon oder eine beliebige Veränderliche sein, die anhand einer vorbestimmten Charakteristik, etwa des Energiepegels, meßbar ist. Die Erfindung soll auf dem Gebiet der Messungen zur Bestimmung der Wirksamkeit bzw. des Wirkungsgrads der an eine Last angelegten oder für einen vorgegebenen Zweck eingesetzten Energie eingesetzt werden, oder sie soll als Wirkungsgradmaß oder Basis für die Beeinflussung von Parametern angewandt v/erden, die in verschiedenen Formel größen, allein oder in Beziehung zu anderen Parametern von Veränderlichen, auftreten.

Erfindungsgemäß wird eine Periode einer digitalen impulsreihe als Vergleichsnormal benutzt, in ein Zeitinkrement umgewandelt und in logischen Schütten von einem vorbestimmten Wert oder Energieniveau bei der Anlegung weiterer Energie herabgezählt, um das voreingestellte Normal oder die Beendigung einer weiteren Energieeinspeisung zu erreichen, wenn der voreingesfellte Pegel erreicht worden ist. Für jedes Energiesystem ist ein Wandler vorgesehen, dessen Aufgabe darin besteht, einen gemessenen Energiepegel In eine digitale Impulsreihe umzuwandeln, die der gemeinsamen Schaltung gemäß der Erfindung eingegeben wird. Anhand dieser Impulsreihe wird die Periode durch Messung des Zeitintervalls zwischen zwei Impulsen bestimmt. Die Messung erfolgt beim Durchschalten einer zeitbezogenen Frequenz oder eines Taktimpulses zu einem Zähler für das der Parameterperiode entsprechende Zeitintervall, Der Zähler ist vorher bereits auf eine den vorbestimmten Energiepegel erhöhende Zählung eingestellt worden, und wird durch die augenblickliche Parameterperiode entsprechend den Taktimpulsen, die während der Meßperiode das Gatter passiert haben, heruntergezählt. Wenn die gespeicherte Zählung größer ist als die Periodenzählung,

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erreicht der Abwärtszähler nicht den Wert Null, und die für die Einspeisung der Energie in die Last oder dergleichen zuständige Schaltung wird auf Aufrechterhai tung der vollen Energieeinspeisung programmiert. Wenn jedoch der Parameter oder die Periodenzählung die dem vorbestimmten Energiepegel entsprechende, gespeicherte Zählung übersteigt, dann ist der Befehl nicht mehr vorhanden, so daß keine weitere Energie mehr an die Last angelegt wird.

Das System ermöglicht die Energieanlegung in diskreten Anteilen, die so berechnet sind, daß sie gerade ausreichen, die Last in Richtung auf den SoIlwert"anzustoßen", wobei während jedes einzelnen Energiestoßes eine Meßwerterfassung und logische Auswertung erfolgt, um zu bestimmen, ob zum Erreichen des Sollwerts weitere Energie nötig ist.

Dabei ist ein Speicher vorgesehen, der sicherstellt, daß auch bei hohen Abtastfolgen eine kontinuierliche Energieeinspeisung erfolgt, falls letztere unter dem Sollwert liegt.

Normalerweise ist die Abtastwandler-Charakteristik eine nicht-lineare Funktion relativ zur Parameteränderung. Das System weist einen Nur-Lese^-Speicher mit punktweiser Speicherung der nicht-linearen Kennlinie auf, die bekannt oder vorherbestimmbar sein muß. Zur Vermeidung der Verwendung von kalibrierten bzw. geeichten Fühlern kann in diesem Speicher ein Verhältnis gespeichert werden, was sich daraus ergibt, daß bei der punktweise gespeicherten Charakteristik das Verhältnis des Wandler-Ausgangswerts (der Periode) bei einem Parameterwert relativ zum Wandler-Ausgangswert (der Periode) bei einem Bezugsparameterwert berücksichtigt wird.

Eine Anzahl von Eingangssignalen kann gruppiert und verschachtelt werden, und ebenso kann wieder eine Anzahl von Gruppen in Multiplex übertragen und verarbeitet werden, wobei verschiedene Energiesysteme durch die verschiedenen Gruppen bedient werden können; vorzugsweise ist dabei das zu überwachende Energiesystem in jeder Gruppe das gleiche.

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Schließlich sei erwähnt, daß ohne Änderung des Grundsystems sowohl ein direkter als auch ein indirekter Zugriff der Wandlersysteme-vorgesehen werden kann. Ein Widerstand: Perioden-Wandler, welcher die Wandler-Digital impulsreihe liefert, besteht dabei aus einem Analog: Digital-Wandler, der einen temperaturempfindlichen Widerstand aufweisen kann, welcher zur Steuerung der Frequenz eines Oszillators geschaltet ist. Ein solcher indirekter Wandler oder Umsetzer ist ohne weiteres an Energiesysteme zur Aufrec hterhaltung von Temperatur, Druck oder Position anpaßbar.

Ein anderes Beispiel für indirekte Analog: Digital-Wandler ist der Spannung: Perioden-Wandler, der sich für Systeme zur Steuerung oder Regelung von Winkelgeschwindigkeit, Feuchtigkeitsgehalt und dergleichen eignet, wobei ein magnetischer Drehzahlgeber oder ein Mikrowellen-Dämpfer besonders vorteilhaft sind.

Beispiele für einen direkten Analog:Digital-Wandler sind Vorrichtungen wie Photo-Drehzahlgeber oder solche, die mit direkten Kristallschwingungen arbeiten. Beim Direktwandler dient grundsätzlich die Zeit als Basis, auf welche das Energiesystem bezogen ist, wobei ein Kristall, wenn Druck a.uf ihn einwirkt, bekanntlich seine Ausgangsfrequenz, Schwingung oder Periode ändert.

Durch Anwendung von Multiplextechnik kann eine große Anzahl von Stationen überwacht oder geregelt werden, wobei identische Parameter, wie Temperatur, an allen Stationen und/oder zusätzliche Parameter, wie Druck, Geschwindigkeit oder dergleichen, an einer oder mehreren Stationen überwacht werden. Beispielsweise kann eine der verschiedenen zu regelnden oder zu überwachenden Stationen der Eingang zu einem Extruder-Spitzkopf sein, an welchem einer oder mehrere Stränge eines Produkts fließen können, beispielsweise beim Strangpressen von Kunststoff-Fasern, wobei ein Spritzkopf bis zu einhundert Strangpreßdrüsen besitzen kann und die Aufgabe darin besteht, einen konstanten Durchsatz des plastischen Polymeren bei einer bestimmten Temperatur zu gewähr-

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leisten.

Die Temperatur kann geregelt und/oder überwacht werden, wobei angenommen werden kann, daß der Durchsatz einwandfrei aufrechterhalten wird, sofern der bekannte bzw. Eingangsdruck innerhalb zulässiger Grenzen liegt. Bei diesem Beispiel bestimmt die Querschnittsfläche der Düsen das bei vorgegebener Temperatur und vorgegebenem Druck durchfließende Volumen. Wenn an einer Düse oder an mehreren Düsen ein Bruch oder eine Verengung auftritt, so daß der Druck über den zulässigen Grenzwert hinaus ansteigt oder abfällt, dabei aber die gemessene Temperatur richtig ist, wird durch Messung festgestellt, daß der Durchsatz, d.h. der Druck, in einem unzulässigen Bereich liegt und mithin das Produkt unzulässig wird. *

Bei einem System aus mehreren derartigen Strangpreß-Spritzköpfen in einer Fertigungsanlage sind diese Punkte oder Stationen üblicherweise in Gruppen zu 8, 16 oder 32 Punkten angeordnet, wobei die von ihnen-abgegebenen Signale in einem logischen Regler und/oder Überwacher multiplex verarbeitet werden. Es hat sich gezeigt, daß ein Nur-Lese-Speicher für jede Gruppe von Stationen zum Regeln und Überwachen der Temperaturen benutzt werden kann, während ein zweiter derartiger Speicher für die gleiche Gruppe benutzt werden kann, wenn Drücke überwacht werden sollen. Wenn z.B. 16 Stationen überwacht und geregelt werden sollen, bedient der Temperatur-Nur-Lese-Speicher die 16 Stationen, während ein entsprechender Druck-Speicher die gleichen Stationen bedient. Das Regel- und Überwachungssystem weist zwei Kanäle auf, wobei die Position "Eins" von Kanal 1 und die Position "Eins" von Kanal 2 sowie die Position "16" von Kanal 1 und die Position "16" von Kanal 2 gleichzeitig abgetastet werden. Wenn die Temperatur unterhalb des Sollwerts liegt, liefert der Regel abschnitt des Temperaturüberwachungskanals ein Energieinkrement zum Polymeren, um dessen Temperatur zu erhöhen. Wenn der Druck über oder unter vorbestimmten Al arm-Sol I werten liegt, wird zur gleichen Zeit im Druckkanal ein Alarmzustand eingeleitet und möglicherweise diese Station automatisch abgeschaltet. Hierdurch

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wird aufgezeigt, daß 16 Stationen eine Temperaturüberwachung und -regelung mit einem Uberlauf-Drucküberwachungssystem besitzen.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, daß sich die Extrusionsdüsen in der Praxis im Laufe der Zeit langsam verengen und mithin auch der Druck langsam ansteigt. Wenn der Druck einen über die zulässigen Toleranzen, d.h. über einen vorbestimmten zulässigen Zustand hinausgehenden Wert erreicht, muß der Druckspritzkopf zerlegt werden, um gereinigt und anschließend wieder eingebaut zu werden. Ein anderer Grund für einen Druckanstieg kann darin bestehen, daß eine bestimmte Anzahl von Düsen verstopft wird. Ersieht!icherweise könnte dieses System mit einer beliebigen Anzahl von Kanälen in Multiplextechnik betrieben werden, um die Erfordernisse einer beliebigen Anzahl von Stationen zu erfüllen.

Ein ähnliches Beispiel ist ein Verfahren, bei dem Dampf als Energiequelle ver- ' wendet wird. Bei Verwendung von überhitztem Dampf ist es wichtig, nicht nur die Temperaturen an den Einlaß- und Auslaßöffnungen, an denen Arbeit verrichtet werden soll, sondern auch den Druck und den Feuchtigkeitsgehalt des Dampfes zu kennen. Temperaturen und Drücke können ähnlich wie bei den vorstehend genannten Beispielen behandelt werden, während der Feuchtigkeitsgehalt dadurch bestimmt werden kann, daß ein Mikroweliensignal durch den Dampf geschickt und die Mikrowellen als gedämpftes Restsignal aufgefangen werden, dessen Spannungspegel gemessen und für weitere Regel- oder Überwachungszwecke in eine Zeitgröße umgewandelt werden kann.

Bei der Auslegung von Wärmeenergiesystemen und von Regelungen bzw. Steuerungen für diese werden folgende Überlegungen berücksichtigt:

1. Die Wärmekapazität des Systems wird bestimmt. Diese entspricht dem . Mater! al volumen und der spezifischen Wärme des Materials multipliziert mit dem spezifischen Gewicht des Materials.

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2. Ein Heizelement wird zur Wärmeenergieübertragung eng an die zu erwärmende Last angekoppelt, und zwar mit solcher Wattleistung, daß das Heizelement die Temperatur der Last um 2 C pro Sekunde zu erhöhen vermag.

3. Der Fühler wird in solcher Position relativ zum Heizelement und zur Last angeordnet, daß die Temperatur der Arbeitsfläche des Heizelements simuliert und abgeschätzt werden kann, wobei das Ansprechverhalten so gewählt ist, daß die Temperatur im thermischen System mit einer Geschwindigkeit von 2 C in 30 ms geändert wird.

4. Wenn bekannt ist, daß die gewünschte Regel temperatur des Fühlers unter dem Sollwert liegt, wird ein minimaler Energiestoß (1/60 Sekunde (16,6 ms) bei einem Netz mit 60 Hz)an das Heizelement angelegt.

5. Eine zweite Temperaturmessung erfolgt vor Ablauf des Energiestoßes, um kontinuierlich Leistung zuzuführen, falls der Fühler unter der Sollwerttemperatur bleibt.

Ersichtlicherweise ist somit kein erkennbares Überlaufen oder Nachlaufen möglich. Es ist zu beachten, daß durch einen Energiestoß von 1/60 Sekunde die Temperatur des thermischen Systems um 2 C dividiert durch 60, d.h. um 0,033 C verändert wird. Obgleich dies innerhalb von 16 ms nicht mit durchschnittlichen Analogtechniken und bestimmt nicht mit menschlichen Sinnen wahrnehmbar ist, ist die Wirkung des winzigen Energiestoßes durch die Logik der Regelschaltung bereits feststellbar. Die maximale Temperatur über dem Sollwert kann daher nur 0,03 C betragen. Weiterhin ist zu beachten, daß das Ansprechen des Fühlers, d.h. seine Änderung in Grad Celsius pro Sekunde, 33-mal so schnell ist wie das Temperaturansprechen des durch das Heizelement beeinflußten thermischen Systems.

Ein Vorteil dieses Systems ist ein sehr enger Regelbereich von + 0,03 C, d.h. es

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liegt· ein Regelsystem mit hoher Auflösung vor, ohne daß dabei die normalerweise mii einer EIN/AUS-Regelung verbundenen unerwünschten Schwingungen

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auftreten. Zur Erzielung dieser Stabilität müssen beim üblichen Verfahren teuere und aufwendige Proportionalregelungen mit Vorausregelung und Rückstellung angewandt werden.

Die Erfindungsprinzipien sind auch auf mechanische Energiesysteme anwendbar, bei denen die mechanische Trägheit der Wärmekapazität eines thermischen Systems analog ist. Ein minimaler Energiestoß ändert dabei die Trägheit des mechanischen Systems sehr geringfügig, wobei dennoch bei einer zweiten Messung das Trägheitsmoment bereits erfaßbar ist, während der minimale Energiezustoß zugeführt wird. Beispielsweise kann ein Gleichstrom-Motor mit einer Wechselstromquelle, einem Triac und einem Gleichrichter verwendet werden. Der Triac leitet dabei eine volle Periode des 60 Hz-Stroms als Mindeststoß zum Motor . Infolgedessen «st kein Proportional strom für den Dauerenergieeingang erforderlich, woraus sich beträchtliche Kosteneinsparungen und Vereinfachungen ergeben. Dabei ist zu beachten, daß der Triac vorzugsweise bei einer Spannung Null' eingeschaltet und erst dann wieder ausgeschaltet wird, wenn die vollständige Stromperiode wieder Null erreicht, sofern kein Befehlssignal abgegeben wird» Dabei kann bereits die Änderung des Trägheitsmoments als Ergebnis des 1/6Os langen Energiestoßes berechnet werden und durch die logische Regelung erfaßt werden.

Ein wesentliches Merkmal eines solchen Regelsystems, bei dem die Leistung bei Null-Spannung eingeschaltet wird, besteht darin, daß unerwünschtes Hochfrequenzrauschen vermieden wird.

Abgesehen von den Temperatursystemen ist auch allgemein bekannt, daß der Feuchtigkeitsgehalt bestimmter Produkte einen bedeutsamen Einfluß haben kann. Die weitergehende Anwendung der Mikrowellenüberwachung, deren Signale außer Metallen die meisten Produkte durchdringen, wird jedoch erstmals durch die Erfindung in wirtschaftlicher Weise ermöglicht, da bisher die Kosten pro Station oder

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Meßpunkt eine Anwendung dieser Technik unmöglich machten.

Beispielsweise kocht oder brät eine bekannte Gewichtsmenge Roastbeef in einem Mikrowellenofen proportional zu einem Feuchtigkeitsverlust. Das saftigste Roastbeef ergibt sich, wenn be! sehr niedriger Temperatur lange Zeit gekocht wird, so daß der Feuchtigkeitsgehalt hoch geblieben ist; z.B. ein Roastbeef, das ir» einen auf "Warm" oder 200 C geschalteten Ofen eingebracht und bei offener Ofentür über Nacht geschmort worden ist. Bei Anwendung der Erfindung auf einen Mikrowellenofen kann die Größe der Mikrowellenkochleistung überwacht und geregelt werden, um den wünschenswerten hohen Feuchtigkeitsgehalt aufrechtzuerhalten» Dies geschieht durch Verwendung einer Dauerenergiequelte und Messung der aus der anderen Seite des Fleiches austretenden Mikrowellenenergie, so daß die absorbierte Mikrowellenenergie ein Maß für die beim Kochvorgang verwendete Energie ergibt. Zur Meßwerterfassung wird die Reshenergie bzw. die gemessene Energie inbezug auf einen vorbestimmten/Mikro-^v ' wellenabsorption unter Berücksichtigung einer bekannten Kurve der absorbierten Mikrowellenenergie in Abhängigkeit von der Zeit für einen vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalt von Rindfleisch oder jedem anderen Gut, einschließlich Holz, aufrechtzuerhalten.

Mit dieser Regelungsart kann eine große Zahl von Mikrowellenöfen gleichzeitig betrieben werden, um eine große Zahl von Roastbeef-Portionen zu garen, wobei die Schaltung eine einzige Haupt-Regelstation ansteuert, um Vergleiche bezüglich dergleichen oder unterschiedlicher, gewünschter Energiepegel entsprechend dem Volumen der Portionen und der Art des zu garenden Fleiches zu erfassen.

Als Eingangssignal erfordert das System einen Analogwert des zu messenden Parameters, welcher die Zeit, bezogen auf den Wert des Parameters, darstellt, z.B. einen Kristall, der mit einer dem auf ihn ausgeübten Druck der Temperatur oder einer Kombination beider Faktoren portionalen Periode schwingt oder welcher möglicherweise in Abhängigkeit von irgendeinem anderen Parameter, etwa der

) Mikrowellenenergiepegel überwacht, um die optimale /10

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auftreffenden Strahlung, schwingt. Diese Zeitperiode kann unmittelbar oder aber nach Verstärkung, Vervielfachung oder Teilung benutzt werden. Ein zweiter auf den Parameter bezogener Analogwert kann eine Widerstandsänderung mit entweder positivem oder negativem Koeffizienten sein, solange dieser in Abhängigkeit von einem linearen oder nicht-linearen Verhältnis vorherbestimmbar ist. Diese Widerstandsänderungen sind bei der Messung von Drehmoment oder Kraft (mechanischer Spannungsmesser), Gewicht, Druck (Bourdon-Messer) oder Temperatur (Platin- oder Nickel-Temperaturfühler) feststellbar.

Eine dritte Fuhifcrart liefert eine Spannungsänderung, welche den Parameter oder eine Änderung des Parameters entsprechend einem linearen oder einem nichtlinearen Verhältnis darstellt. Ein Beispiel hierfür ist ein Regel- oder Differentialtransformator, dessen Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einem Druck oder einer einwirkenden Kraft, änderbar ist. _t ,

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines WiderstandrPerioden-Wandlers mit Merkmalen

nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild eines Spannung:Perioden-Wandlers,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines indirekten Periodenwandlers,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines direkten Periodenwandlers,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines direkten WinkelgeschwindigkeibPerioden-

Magnetrel uktanzwandl ers,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Binärsollwerteinheit mit einem Anderungs-

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verhältnis-Fühler und Sollparametereinstellung entsprechend einer ^Λ bestimmten Periode der Zeit,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines logischen Gruppenreglers,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines elektrischen Energieschalters zur Messung

einer Periode des Wechselstroms von einer Stromquelle zu einem Gleichstrommotor,

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Festzustand-Leistungsverstärkers und

-Gleichrichters,

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines indirekten DrucktSpannungsperioden-Wandlers,

1 «

Fig. 11 ein Blockschaltbild eines Reglers für die direkte Winkelgeschwindigkeitsperiode mit einem Photodrehzahlgeber für die Winkelgeschwindigkeitsregel ung eines Gleichstrommotors, und

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines acht Kanäle aufweisenden Regler-Überwachers.

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Widerstand:Perioden-Wandlers, bei welchem der Spannungsregler eine Bezugsspannung von etwa 13 V an einer Klemme 1 erzeugt. Der Spannungsregler 301 ist eine integrierte Schaltung, wie sie unter der Bezeichnung National LM 305 erhältlich ist. Ein Widerstandsfühler 101 regelt eine Stromquelle aus einem Verstärker 302 (Motorola MC 1556G), einem Transistor 303 (2N4250) und einem Spannungsteilernetz mit einem Regel widerstand 304. Die Stromquelle arbeitet wie folgt: das Spannungsteilernetz, einschließlich des Widerstands 304, erzeugt eine Spannung Vl zwischen der Bezugsspannung an der Klemme 1 des Reglers 301 und einer Klemme 3 des Verstärkers 302. Da die Spannung zwischen

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den Klemmen 2 und 3 des Verstärkers 302 sich Null nähern muß, ist die Spannung Vl auch zwischen der Bezugsspannung an der Klemme 1 des Reglers 301 und der Klemme 2 des Verstärkers 302 über den Widerstandsfühler 101 vorhanden. Die Spannung an der Klemme 6 des Verstärkers 302 läßt daher den Transistor 303 einen Strom über den Widerstandsfühler 101 aufrechterhalten, wodurch eine Null betragende Spannung zwischen den Klemmen 2 und 3 des Verstärkers 302 aufrechterhalten wird. Da die Spannung über den Fühler 101 konstant ist, ist der Strom dem Widerstand proportional (I = Vl/R). Der am Kollektor des Transistors 303 anliegende Strom wird daher dem Fühlerwiderstand des Fühlers 101 proportional. Dieser Strom lädt den Kondensator 305 auf, bis der Spannungspegel über diesen Kondensator den Flächentransistor 306 durchschalten

Die Aufladungszeit des Kondensators 305 entspricht der Gleichung T =(C Vt)/!^ in welcher C die Kapazität des Kondensators 305, Vt die Zündspannung des Flächentransistors 306 und I den Kollektorstrom des Transistors 303 bedeuten. Gemäß obiger Gleichung ist die Periode des Wandlers gleich T = (C Vt/Vl) R, wobei diese Periode dem Fühlerwiderstand proportional ist. Der restliche TeU der Schaltung gemäß Fig. 1 ist eine übliche Ausgangsschaltung zur Anpassung der Impedanz der Leitung zum Regler- und/oder Überwacherort (vergl. z.B. Fig. 7).

Das Ausgangssignal vom Widerstand:Perioden-Wandler gemäß Fig. 1 erscheint an Klemmen 307 und wird dadurch erzeugt, daß der Kondensator 305 auf den Durchschaltwert des Transistors 306 aufgeladen wird. Letzerer schaltet zur Entladung des Kondensators durch, welcher unter der Steuerung des Fühler-Widerstands 101 wieder aufgeladen wird, um eine Reihe von Ausgangssignalspitzen in Form einer Digitalimpulsreihe zu erzeugen, bei welcher die Periode zwischen den Spitzen oder "Einsen" in unmittelbarer Beziehung zürn Widerstand steht. Der Fühler-Widerstand 101 kann wegen der Eichungseinstellung des Regel widerstands 304 ein ungeeichter Widerstand sein, wobei der Regel widerstand den

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Strompegel zur Erzeugung eines Zeitübergangs bei einem bekannten Zustand des Parameters einstellt, welcher den ungeeichten Widerstand 101 seinen Wert ändern läßt.

Jeder Energiepegelfühler, der eine Widerstandsänderung des zu überwachenden Parameters liefert, der, solange er vorherbestimmbar ist, linear oder nicht-linear sein kann, dient als zweckmäßiger Analogeingang zum WiderstandrPerioden-Wandl er gemäß Fig. 1.

Es ist zu beachten, daß jede Änderung des ungeeichten Widerstands die gleiche Änderung der Periode eines beliebigen anderen ungeeichten Widerstands einer Anzahl von WiderstandrPerioden-Wandlern hervorruft, so daß alle eine Änderung der Periode erfahren, weiche unmittelbar mit der Änderung des zu überwachenden Energiepegels in Beziehung steht. Wenn beispielsweise der Widerstand 101 die Temperatur eines Energiesystems mißt, liefert der ungeeichte Widerstandswert'den richtigen Strom an das Aufladenetz bei einem bestimmten Temperaturpegel (OC oder 25 C) durch Einstellung des Regel Widerstands 304, so daß er bei 307 ein einem Bezugsnormal entsprechendes Periodenausgangssignal liefert, d.h. der Regel widerstand 304 wird mittels des Widerstands 101 bei 0 C eingestellt, um am Ausgang 307 eine Periode von 100 Mikrosekunden zu liefern. Folglich gilt JLH ⁼ J£i£

Rio RNo worin RIt den Widerstandswert von R 1 bei einer anderen Temperatur als Null und RNt den Widerstandswert des Widerstands N bei der gleichen, von Null abweichenden Temperatur bedeuten und Rio und RNo die Widerstandwerte von R1 und Rn bei 0⁰C darstellen. Hieraus läßt sich schließen, daß der Absolutwert des Widerstands R Io für die Beobachtung der Parameteränderung des zu überwachenden Energiesystems nicht wesentlich ist. Unabhängig vom Energiesystem, welches den Wert des Fühler-Widerstands 101 beeinflußt, wird die Widerstand:Perioden-Wandlerschaltung auf ähnliche Weise durch Einstellung des Regel Widerstands geeicht, um am Ausgang 307 eine vorbestimmte Zeitperiode bei bekanntem Energiepegel zu liefern, welcher auf den Druck, die Geschwindigkeit, die Temperatur usw. des Systems bezogen ist.

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Die Schaltung gemäß Fig. 1 stellt ein unmittelbares Verhältnis zwischen dem Widerstand des Fühlers 102 und der Periode der Impulsreihe 307 her; d.h., wenn der Widerstand zunimmt, erhöht sich auch die Periode. Eine Widerstandsänderung des Fühlers 101 bewirkt somit auch eine Änderung der Periode der Ausgangs-Digitalimpulsreihe der Klemmen 307.

Viele der derzeit in Betrieb befindlichen Fühler liefern eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom, die bzw. der in Verbindung mit einem Präzisions widerstand eine der Parameteränderung proportionale Spannung erzeugt. Zur Vereinfachung der Umwandlung in die der Energiepegel änderung proportionale Zeitperiode wird die Schaltung gemäß Fig. 2 benutzt.

Gemäß Fig. 2 liefert ein Spannungsregler 321 (National LM 309H) an seiner Klemme 2 eine Bezugsspannung von 5 V, die an eine durch einen Verstärker 322 gebildete Betriebsstromquelle angeschaltet wird. Diese Verbindung befindet sich an der Oberseite eines Spannungsteilers 324 und eines Festwiderstands 334. Die Eingangsspannung V, die als Funktion der Parameieränderung variiert, wird über den Spannungsteiler 324 angelegt. Ein Regel widerstand dient dazu, einen Teil der Eingangsspannung V zwischen die Klemme 2 des Reglers 321 und die Klemme 3 des Verstärkers 322 anzulegen. Um die Spannung zwischen der Klemme 2 und der Klemme 3 des Verstärkers 322 auf Null zu halten, erfolgt von der Klemme 6 des Verstärkers 322 aus die Durchschaltung des Transistors 323, bis die Spannung an der Klemme 2 des Verstärkers 322 derjenigen an seiner Klemme 3 entspricht. Hierdurch wird ein Konstantstrom am Kollektor des Transistors 323 erzeugt, welcher der Eingangsspännung proportional ist. Dieser Strom fließt über den Widerstand 335, welcher die Spannung Vl erzeugt, die an die Klemme 2 des Komparators 325 angelegt wird. Der Konstantstrom entspricht I = K(V/R1), wobei K einen Bruchteil der Eingangsspannung, V die Ausgangsspannung und Rl den Widerstand 334 bedeuten. Sodann gilt Vl = IR2_# worin R2 den Widerstand 335 bedeutet. Infolgedessen gilt Vl = K(V/R1) R2 =

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KV(R2/Rl), wodurch aufgezeigt wird, daß die Spannung VI der Eingangsspannun'g V proportional ist.

Ein Funktionsverstärker 326 (National LMIOI) dient als Integrator, bei dem die Aufladezeit durch die Gleichung T = 2 (CVl)/! bestimmt wird, mit C = Kapazität des Kondensators 327, I = Eingangsstrom, bestimmt durch. I = E/R (E = Bruchteil der durch den Spannungsteiler aus den Widerständen 328 und 329 bestimmten Bezugsspannung) und R = Eingangswiderstand 330, Das Ausgangssignal des Verstärkers 326 wird an die Klemme 3 des Komparator angelegt, um mit der Spannung vom Widerstand 335 verglichen zu werden.

Zwei Feldeffektschalter 331 und 332 bestimmen, ob das Ausgangssignal des Verstärkere 326 zu- oder abnimmt.

Zunächst sei angenommen, daß der Schalter 332 die eine Seite des Eingangswiderstands 330 an Masse legt. Dies ruft einen linear zunehmenden Ausgang vom Verstärker 326 an der Klemme 6 hervor. Dieses Ausgangssignal wird an den Komparator 325 angelegt, um mit der Spannung Vl vom Widerstand 335 verglichen zu werden. Wenn beide Signale gleich groß sind, läßt der Komparator 325 die Feldeffektschalter eine Spannung von 5 V an die eine Seite des Eingangswiderstands 330 anlegen und shuntet gleichzeitig den Konstantstrom vom Transistor 323 durch Diodenumschaltung an Masse. Infolgedessen geht die Spannung über den Widerstand 335 auf Null. Wenn die eine Seite des Eingangswiderstands 330 durch den Feldeffektschalter 331 an die 5 V angekoppelt ist, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 326 zu einem linear abnehmenden Signal, das mit der Null betragenden Spannung am Widerstand 1 verglichen wird. Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 326 Null erreicht, wiederholt sich der Zyklus.

Die Wellenform an der Klemme 6 des Verstärkers 326 ist daher eine Sägezahn-Rechteckwelle, d.h. ein Signal, das linear von Null ansteigt, bis es gleich

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Vl ist, und dann linear abfällt, bis es Null entspricht. Das Ausgangssignal vom Komparator 325 ändert jedesmal seinen Zustand, wenn das Ausgangssignal vom Verstärker sein Gefälle ändert. Aus diesem Grund ist das Ausgangssignal vom Komparator 325 eine Rechteckwelle mit einer der Parameteränderung proportionalen Periode, und dieses Signal wird einem Ausgangstransistor 333 aufgeprägt.

Die Periode des Oszillators würde T = 2 (C Vl)/I entsprechen, wobei C den Kondensator 327, Vl die Spannung über den Widerstand 335 und 1 den Strom Über den Eingangswiderstand 330 bedeutet. Bei Substitution durch Vl = (KV) (R2/R1) ergibt sich T = V (2KCR2)/(1R1). Hierdurch wird aufgezeigt, daß die Periode zur Eingangsspannung V proportional ist.

Die Schaltungen gemäß Fig. 1 und 2 stellen einen indirekten Widerstand: Perioden-Wandler dar, weil das Zeitelement durch die Schaltung eingeführt ^l wird, um die im restlichen Teil des Systems erforderliche Zeit5 . _zu erreichen.

Andererseits enthalten Energiesysteme, die in bezug auf'Zeit gemessen werden, bereits dieses Element, so daß es nicht notwendigerweise durch die Schaltung z.B. gemäß Fig. 1 und 2 eingeführt zu werden braucht. Beispielsweise wird Licht in Wellenlängen in Abhängigkeit von der Zeit gemessen; Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit wird in Abhängigkeit von der Zeit gemessen, während z.B. Druck kein Zeitelement'enthält. Strahlungsenergie wird normalerweise in Zeiteinheiten gemessen, und wenn somit Wärme von einer Wärmequelle ausgestrahlt wird, gibt die Periode die Temperatur der Wärmequelle an, und auf diese Weise wird ein direkter Wandler anstelle der Schaltung gemäß Fig. 1 und 2 verwendet. Die einfachste Form einer direkten ParametercPerioden-Vorrichtung ist ein Kristall, der eine Frequenz erzeugt, welche sich in Abhängigkeit von dem auf den Kristall ausgeübten Druck ändert. Das elektrische Ausgangssignal enl·- hält das Zeitelement, ohne durch eine Zeitsteuer- oder Taktschaltung einge-

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führt werden zu müssen, und die Periode eines solchen Kristalls kann auf identische Weise benutzt werden wie die an den Klemmen 307 gemäß Fig. 1 erscheinende Ausgangsimpulsreihe. Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist in Verbindung mit dem System gemäß Fig. 7 dargestellt, wobei der Widerstand 101 in der oberen linken Ecke als Fühler 1 dargestellt ist, während die restliche Schaltung durch den als Perioden wandler oder-umsetzer 1 bezeichneten Kasten 102 veranschaulicht ist, so daß die Klemmen 307 das Periodensignal zum Multiplexer 103 liefern.

Fig. 3 zeigt in Blockschaltbildform einen indirekten Perioden-Wandler mit einem mechanischen Spannungsmesser-Wandler 515, dessen Widerstand bei 515' dargestellt ist. Der Widerstand des Spannungsmessers variiert selbstverständlich in Abhängigkeit von dem Druck bzw. der Kraft, der bzw. die an ihn angelegt wird. Der WiderstandrPerioden-Wandlerblock 516 kann der Schaltung gemäß Fig. 1 entsprechen, und seine Aufgabe besteht in der Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer Periode, die zur Größe des vom Spannungsmesser 515 erzeugten Widerstands in Beziehung steht. .Dieses Signal wird an eine Periodenmeß-Logik 503 angelegt, deren Aufgabe / erzeugung eines Durchschal !signals mit einer dieser Periode entsprechenden Dauer besteht, so daß eine entsprechende Anzahl von Hochfrequenzimpulsen eine gespeicherte, vorbestimmte Digitalzahl herunterzähl en kann, welche den gewünschten Druckwert darstellt. Die Restzahl im Zähler zeigt den tatsächlichen Druckh Beziehung zum Solldruck an.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines direkten Perioden-Wandlers, bei dem der druckempfindliche Kristall 513 ein Ausgangssignal zum Verstärker und/oder Frequenzwandler liefert, welcher eine Verstärkung und/oder Umwandlung des Signals in eine andere Frequenz bewirkt, um sie der eben beschriebenen Periodenmeß-Logik 503 aufzuprägen.

Dabei ist keine Widerstand:Perioden-Wandlerschaltung wie der Kasten 516

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gemäß Fig. 3 oder die Schaltung gemäß Fig. 1 erforderlich, weit der Kristall unweigerlich das Zeitelement in das Ausgangssignal des Verstärkers 514 einführt. Der Verstärker und/oder Frequenzwandler 514 kann als Umsetzer zur Erhöhung oder Verringerung der Frequenz wirken, so daß sie sich im richtigen Frequenzbereich befindet. Aus diesem Grund würde die Periode des Verstärkers 514 innerhalb des Bereichs der System-Zeitkonstanten liegen.

Fig. 5 zeigt eine andere Art eines direkten Perioden-Wandlers, der als Magnet-Drehzahlgeber oder -messer mit variabler Reluktanz bezeichnet werden kann. Jedesmal wenn* ei η Zahn eines Zahnrads 493 am magnetischen Drehzahl v/andIer 492 vorbeiläuft, wird ein Ausgangs!mpuls an den Verstärker 494 angelegt. Bei sich drehendem Zahnrad 493 hat daher eine Digital impulsreihe am Ausgang des Verstärkers 494 eine Periode, welche der Winkelgeschwindigkeit, die den zu regelnden Parameter darstellt, unmittelbar proportional ist. In diesem Fall , isi ebenfalls die Zeit ein Faktor der Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit, so daß sie nicht durch eine zusätzliche Wandierschaltung eingeführt zu werden braucht.

In Verbindung mit Fig. 7 ist allgemein der unbekannte Periodeneingang zum Multiplexer 103 des Gruppenreglers beschrieben.

Vor der Erläuterung der Logik der Gruppenregelung sollte zweckmäßig erläutert werden, wie die Digitalsollwertinformation entwickelt und in das logische Netz eingeführt wird. Gemäß Fig. 6 werden die gewünschten Parameter-So!Iwerte mit Hilfe von Daumenrad-Anzeigeschaltern ausgewählt. Es können so viele · Sollwerte vorhanden sein, wie Positionen in der Gruppensieuerung vorhanden sind, d.h. 4 Sollwerte für vier Positionen, 16 Sollwerte für Io Positionen usw. Diese Sollwerte, die bei diesem System repräsentative binär verschlüsselte Ziffern sind, werden durch den Sollwert-Multiplexer 129 verschachtelt. Der Multiplexer 123, der durch den Binärzähler-Positionswähler 129 getaktet wird,

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der auch den Multiplexer 103 taktet, führt den richtigen Sollwert in den BCD:Binar-Wandler 124 ein. Die den Sollwert darstellende Binärinformation gelangt unmittelbar zur noch näher zu erläuternden Alarmschaltung und zur Nur-Lese-Speicherschaltung 125. Das Ausgangssignal dieser Speicherschaltung dient als Sollwertinformation für den logischen Vergleich mit der unbekannten Periode 102. V/ährend jeder Abtastperiode wird das Ausgangssignal des Speichers 125 an den Gruppenregler 110 oder an eine beliebige Anzahl von Gruppenreglern oder Kanälen angelegt.

Fig. 7 zeigt einen Gruppenregler, bei dem eine Anzahl von Fühlern mehrere Energiepegel abtasten und sich in die gleiche Schaltung zur Verarbeitung der Daten von jedem Abnahmepunkt teilen, um eine Regelung der an jede Last angelegten Energie zu gewährleisten und eine Ablese- oder Anzeigeinformation bezüglich des Energiepegels jeder Last und eine Alarminformation aus Sicherheiisgründen zu liefern.

Zunächst wird der SoHwert-Parameterpegel durch die Bedienungspersonen bestimmt oder von einem Rechner geliefert und, wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, in den SoI[wertschaltern 122, 122' und 122" registriert. Der Sollwert-Parameter bildet eine Adresse für den Nur-Lese-Speicher 126 gemäß Fig. 6, welcher die Parameterinformation schrittweise bzw. punktweise speichert, so daß der Sollwert-Parameter den Nur-Lese-Speicher adressiert, um eine einem Verhältnis des Werts des Fühlers 101 am SolIwert-Parameterpegel zum Wert des Fühlers 101 am Bezugspunkt entsprechende Binärziffer zu bestimmen. Diese Ziffer stellt die gewünschte Periode der Digitalimpulsreihe dar, die auf die in Vefcindung mit Fig. 1 und 2 beschriebene Weise durch den Wandler 102 erzeugt wurde. Das Binärsignal auf der Leitung 126 schaltet somit den Binär-Abwärtszähler 106 in Abhängigkeit von einem auf der Leitung 127 von der Logikschaltung 104 liegenden Lastbefehlssignal. Sobald der Abwärtszähler 106 eingestellt ist, kann ein Signal von einem der Wandler 102, 102' usw. über den Multiplexer 103 an die Logikschaltung 104 angelegt werden,

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um einen Impuls zu erzeugen, der sich über ein der Periode des Wandlers 102 entsprechendes Zeitintervall erstreckt. Ein solcher Impuls ist bei 128 im Logikblock 104 dargestellt. Dieser Impuls wird über eine Leitung 129 an ein UND-Gatter 105 angelegt, um dieses während einer der Signalperiode entsprechenden Zeitspanne durchzuschalten, d.h. während der Dauer des Impulses 128. Während dieser Dauer schaltet das Gatter 105 eine Anzahl von Impulsen auf der Leitung 141 von der 10 MHz-Zeitbasis 132 gemäß Fig. 6 durch. Diese Anzahl von Impulsen ist zu gering, um den Abwärtszähler auf Null zählen zu lassen, so daß ein No-Borrow-Signal auf der Ausgangsleitung 143 erzeugt wird. Dieses Signal bedeutet, daß mehr Energie benötigt wird, um die Signalperiode zu vergrößern und dabei die Zahl der durch das Gatter 105 durchgelassenen Taktimpulse zumindest gleich der im Zähler 106 gespeicherten Zählung werden zu lassen, welche für die Periode einer nicht existenten Impulsreihe repräsentativ ist, die durch Messung eines dem Sollwert entsprechenden Parameters erzeugt werden würde. Das No-Borrow-Signa! wird an einen monostabilen Multivibrator 135 angelegt, um dessen Ausgangssignal zu sperren, wobei dieser Multivibrator nur bei vorhandenem Ausgangssignal des monostabilen Multivibrator 134 durchschaltet, wenn dessen astabile Standzeit abgelaufen ist.

Das No-Borrow-Signal bewirkt kein Sperren des Multivibrators 135, so daß von ihm ein Befehl zum Demultiplexer 107 gelangt, welcher durch das binäre Synchronsignal 139 angesteuert wird. Dieser Energiebefehl wird an einen von z.B. 16 Speichern 136, 136' usw. angelegt, um dem entsprechenden Nulldurchgang-Festzustandschalter 108 zu signalisieren, eine Leistungsperiode an das Energieelement 109 anzulegen. Die Energieperiode kann als die kleinste diskrete Größe der durch das erfindungsgemäße System geregelten Energie bezeichnet werden. Der Schalter 108 schaltet nur durch, wenn die Leitungsspannung Null durchläuft, wodurch Hochfrequenzrauschen ausgeschaltet und natürlich auch gewährleistet wird, daß die normale, volle diskrete Größe der gemessenen Energie angelegt wird.

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Jeder der 16 Position-Steuerkanäle (Fig. 7) hat somit infolge einer Zeitteilertechnik seine eigene logische Schaltung zur Bestimmung, ob die 16 Parameter - üblicherweise Energiepegel - unter oder über dem gewünschten SoIIwertpegel liegen. Die im Nur-Lese-Spei eher vorhandene Zahl (die ROM-Zahl) wird vorher in den Abwärtszähler 106 zu Beginn der Abtastperiode eingegeben, bevor die zweite "Eins" von dem überwachten oder abgefragten Wandler auftritt. Genau diese Zahl wird durch die 10 MHz-Zeitbasisimpulse während der zweiten vnd dritten "Eins" des Wandlers herabgesezählt.

Sobald der Sollwerf-Energiepegel erreicht ist, ist andererseits die Periode des Signals gleich groß oder größer als die cjem Sollwert zugeteilte Zeitspanne, so daß die im Zähler 106 gespeicherte SolIwertzählung vollständig herabgezähit wird. In diesem Fall tritt ein Borrow-Signal auf der Leitung auf, welches jedoch die restliche Schaltung nicht für die Anforderung von mehr Energie zum Element 109 zu beeinflussen vermag.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß das System eine Sekundärspule oder allgemein eine Last ansteuern kann, die zusätzliche Wärme oder zusätzliche Kälte benötigt (Klimatisierung), so daß die Terminologie bezüglich des Borrow- oder No-Borrow-Signals umgekehrt werden kann, falls Kaltluft erforderlich wird.

Das Element 109 gemäß Fig. 7 ist eine stationäre, d.h. ortsfeste, resistive oder induktive Last. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Heizelement, ein Solenoid, den feststehenden Teil einer Wirbelstromkupplung oder-bremse oder um einen Einphasen-Wechselstrommotor handeln.

Zahlreiche mechanische Energiesysteme werden durch Gleichstrommotore angetrieben. Die Schaltungen gemäß Fig. 8 und 9 dienen zur Anlegung eines vorbestimmten Energiestoßes an einen Gleichstrommotor.

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Gemäß Fig. 8 wird das Nulldurchgang-Schalterausgangssignal auf der Leitung 159 durch einen herkömmlichen Fesfkörper-Brückengleichrichter 495 gleichgerichtet und an den Anker eines Gleichstrommotors 165 angelegt.

Wenn bestehende Proportionierschaltungen durch Impulse angesteuert werden sollen oder eine weitere Verstärkung der auf der Leitung 159 liegenden Leistung gewünscht wird, wird die herkömmliche Thyrisfor-Leistungsverstärkerschaltung gemäß Fig. 9 verwendet. Ein 230 V-Gleichstrom wird an eine Brücke 160 angelegt, die zwei Dioden und zwei Thyristoren aufweist. Wenn eine logische Entscheidung zur Einspeisung von Leistung in den Motor 165' getroffen wird, liegt ein Signal auf der Leitung 144'. Ein Schalter 489' legt eine Periode der Wechselspannung über die Leitung 159' an die Primärwicklung eines Transformators 161 an, dessen beide Sekundärwicklungen die beiden Thyristoren in der Brücke 160 durchschalten, wenn sie abwechselnd in Vorwarfenchtung vorgespannt werden, so daß eine volle Periode des Gleichstroms an den Anker des Motors 165' angelegt wird.

Wenn ein Fluidumdruck genau geregelt werden soli, wird die Anordnung gemäß Fig. 10 benutzt. Der Druck wird durch einen Regel-Druckwandler mit einem Bezugsdruck verglichen. An die Primärwicklung des Wandlers wird ein Wechselstrom angelegt. Die Ausgangs-Wechselspannung des Wandlers 500, die sich bei einer Erhöhung des Eingangsdrucks erhöht, wird an einen Verstärker 501 angelegt. Diese Ausgangs-Wechselspannung wird durch einen Gleichrichter gleichgerichtet und durch ein Filter 517 gefiltert, worauf der so .erhaltene Gleichstrom auf einen Spannung:Perioden-Wandler 502 gelangt. Eine Periodenmeß-Logik 503 erzeugt einen Impuls mit einer Breite, welche der Zeit zwischen zwei Impulsen am Ausgang des Wandlers 502 entspricht.

Der gewünschte bzw. SolIdruck wird am Daumenrad-Schalter 5Tl gewählt, der eine binär verschlüsselte Zahl zum Abwärtszähler 506 liefert. Der Impuls

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~²³~ ' 7318758

von der Logikschaltung 503 öffnet das Gatter 505 während einer Zeitspanne, welche'" der Periode des Ausgangssignals vom Wandler 502 entspricht, und läßt einen Stoß von Hochfrequenz-Impulsen von der Zeitbasis 504 durch, um den Zähler 506 von der durch den Schalter 511 voreingestellten Zahl herabzählen zu lassen. Wenn der Zähler 506 nicht auf Null zählt, ist der Istdruck niedriger als der Solldruck, so daß ein No-Borrow-Signal in den Speicher 508 gelangt. Der Speicher 508 legt ein Signal an den Nulldurchgang-Schalter 509 an, welcher eine Periode der gleichgerichteten Wechselspannung an den Gleichstrom-Pumpenmotor 510 anlegt. Der Brückengleichrichter 490 bewirkt eine Gleichrichtung einer Eingangswechselspannung und legt eine gleichgerichtete Spannung an den Schalter 509 an.

Infolgedessen speist der Schalter 509 den Pumpenmotor 510 mit Strom, bis der Druck den gewünschten Wert erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt läßt das Signal von der logischen Schaltung 503 die Zeitbasis 504 den Zähler 506 über das Gatter 505 auf Null zählen. Die in Fig. 10 in Blockschaltbildfonn dargestellte Schaltung kann die gleiche sein, wie sie bereits in Einzelheiten beschrieben worden ist.

Fig. 11 zeigt eine Anordnung zur Regelung einer Winkelgeschwindigkeit. Das von einer lichtemittierenden Diode 481 ausgestrahlte Licht fällt durch Schlitze in einer Schlitzscheibe 480 hindurch und trifft auf einen Phototransistor 482 auf. Dieser erzeugt eine Impulsreihe am Kollektor eines Transistors 482 mit einer Frequenz, die der Winkelgeschwindigkeit proportional ist, wobei die Impulsreihe auf die Periodenmeß-Logik 483 geschaltet wird. Letztere schickt ein Lastsignal zum Zähler 506, welches die binär verschlüsselte Dezimalzahl vom Daumenrad-Schalter 507 in den Zähler 506 überträgt. Die gewünschte Winkelgeschwindigkeit wird am Daumenrad 507 eingestellt. Die Logikschaltung 483 erzeugt außerdem einen Impuls mit einer Breite, welche der Zeit zwischen den Impulsen des Ausgangssignals des Transistors 482 entspricht. Dieser Impuls von der Logikschaltung 483 schaltet ein UND-Gatter 487 durch und läßt die

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Hochfrequenzimpulse von der Zeitbasis 486 den Zähler 506 herabzählen. Wenn der Zähler 506 Null erreicht, wird ein Borrow-Signal auf den Speicher 508 geschaltet, welches den Nulldurchgang-Schalter 509 eine Periode des gleichgerichteten Stroms an den Gleichstrommotor 491 anlegen läßt. Der Gleichrichter 490 liefert Gleichstrom zum Schalter 509. Der Strom bzw. die Leistung wird auf diese Weise solange zugeführt, bis der Zähler 506 nicht mehr auf Null zählt. Hierdurch wird angezeigt, daß die Periode der Impulsreihe am Kollektor des Transistot/482 der gewünschten Periode entspricht, d.h., daß die richtige bzw. Sol !winkel geschwindigkeit erreicht ist.

Fig. 8 zeigt ein vollständiges System zur Regelung, Überwachung und Alarmgabe gemäß der Erfindung. Die Sollwertschalter 122, 122' und 122", der Sollwert-Mulriplexer 123, der Wandler 124 und der Nur-Lese~Speicher 125, die in Fig. 6 dargestellt sind, sind bereits erläutert worden. Die Gruppenregler 1101 - 1108 sind ebenfalls bereits erläutert worden und in Fig. 7 dargestellt.

Im folgenden ist nunmehr das Gesamtsystem beschrieben: Während jeder Abtastperiode wird der Binärsollwert vom Speicher 125 auf der Leitung 126 an die Gruppenregler 1101 - 1108 angelegt. Wie erwähnt, wird das binäre Synchronsignal vom Zähler 129 ebenfalls an die Gruppenregleisangelegt, um die durch [eden Gruppehregier angesteuerten 16 Positionen abzutasten. Der von der Logikschaltung 104 erzeugte und der Leitung 131 (Fig. 7) aufgeprägte Impuls wird während jeder Abtastperiode auf Leitungen 1311 - 1318 an den Multiplexer 111 gemäß Fig. 12 angelegt. Der Multiplexer 111 wird ebenfalls durch den Binärzähler 129 angesteuert, so daß er während jeder Abtastperiode einen Impuls abgreift, welcher gleich der Periode eines von bis zu 128 Wandlern gemäß Fig. 7 ist. Mit anderen Worten: jeder Multiplexer 103 gemäß Fig. 7 greift 16 Wandler 102 (Fig. 7) ab, und der resultierende Ausgangsimpuls erscheint auf der Leitung 131 gemäß Fig. 7. Dieser Impuls erscheint auf den Leitungen 1311 - 1318 gemäß Fig. 12. Sodann tastet der Multiplexer 11

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(Fig. 12) 128 Wandler ab.

Im folgenden Ist nun die Reihenfolge der während einer Abtastperiode vor sich gehenden Arbeitsgänge beschrieben: Der Impuls vom Multiplexer 111 wird dem UND-Gatter 112 (Fig. 12) eingespeist, das während der Länge dieses Impulses die Hochfrequenzimpulse von der Zeitbasis 132 durchschaltet. Der Zähler 113, der vorher durch die Speicherabtast - Logik 128 auf Null zurückgestellt worden war, empfängt den Stoß der Hochfrequenzimpulse vom Gatter 112 und zählt auf eine Binärzahl, welche der Breite der vom Multiplexer 111 abgegebenen Impulse äquivalent ist. Die im Zähler 113 gespeicherte Binarzahl wird als Adresse an den Speicher 114 angelegt. Der Speicher 114 ist erforderlich, wenn de*r Energiepegel-Wandler nichi^ linear ist. An der adressierten Stelle im Speicher 114 befindet sich eine Binärzahl, die dem Energiepegel der zu regelnden und/oder überwachenden^ , Veränderlichen entspricht. Das Ausgangssignal vom Speicher 114 wird für zwei Aufgaben benutzt, nämlich für Alarmgabe und Anzeige. Die Binärzahl vom Speicher 114 wird einem Subtraktor 116 und einem Addierer 115 eingegeben, die subtrahieren und eine vorbestimmte Alarmbereichszahl hinzuaddieren. Die Ausgangssignale der Einrichtungen 115 und 116 werden an Komparatoren 117 und 118 angelegt, um mit der den gewünschten bzw. SolI-Energiepegel vom Wandler 124 darstellenden Binärzahl verglichen zu werden. Wenn die vom Speicher 114 gelieferte Zahl außerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen liegt, wird von den Komparatoren 117 und 118 ein Alarmsignal abgegeben.

Die Binärzahldarstellung des Energiepegels vom Speicher 114 wird auch einem Puffer 119 eingespeist, um dargestellt zu werden, wenn die gewünschte Position abgetastet wird. Die darzustellende Positionszahl wird am Daumenrad-Schalter 130 gewählt, und der binär verschlüsselte Dezimalausgang vom Schalter 130 wird dem Abwärtszähler 501 eingespeist, wenn der Bmärzähler-Positionswähler 129 die NuI!position abtastet, die durch den Nulldetektor

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500 bestimmt wird. Wenn der Zähler 129 auf die durch den Schalter 130 bestimmte Position zählt und sie abtastet, hat der Zähler 501 auf Null herabgezählt, da sowohl der Zähler 129 als auch der Zähler 501 durch die gleiche Impulsreihe vom Teiler 133 gesteuert werden. Wenn der Zähler

501 auf Null zählt, wird ein Borrow-Impuis ausgesandt, der zur Einleitung der Umwandlung einem BinärrBinärverschiüsselt-Dezimalwandler 120 zugeführt wird. Die im Puffer 119 enthaltene Binärzahl wird durch den Wandler 120 in ein binärverschlüsseltes Dezimal äquivalent umgewandelt, und diese Zahl wird zur Wiedergabe der Anzeige 121 eingespeist.

Die Hochfrequenzimpulsreihe wird durch den Teiler 133 dividiert, und das Ausgangssignal vom Teiler 133 wird im ganzen System als Taktimpuls benutzt.

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Claims (24)

1. PATENTANSPRÜCHE

   (ly Verfahren zur Überwachung von Energie-Verbrauchersystemen durch Regelung oder Steuerung der Energieeinspeisung in bezug auf einen gewünschten bzw. Soll-Energiepegel, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Soll-Energiepege! bestimmt wird, indem elektronisch ein entsprechendes Zeitintervall festgelegt wird, daß sodann der Ist-Energiepegel des Systems durch Erfassung einer Parameterveränderlichen zur Variation entsprechend dem gemessenen Energiepegel gemessen wird, daß dann die gemessene Parameterveränderliche so in eine Digitalimpulsreihe umgewandelt wird, daß die Zeitperiode zwischen den Impulsen dem gemessenen Parameterwert proportional ist, daß anschließend eine Bezugsnormal - Zeitbasis aufgestellt wird, daß hierauf ein Zeitmaß für die Periode aus der Zeitbasis¹ abgeleitet wird und daß schließlich das Zeitmaß mit dem Zeitintervall verglichen und bestimmt wird, ob zum Erreichen des vorbestimmten Energiepegels die Zufuhr von Energie erforderlich ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsnormal-Zeitbasis eine Impulsreihe mit höherer Frequenz als derjenigen der Digital impulsreihe ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine numerische Darstellung des Ist-Energiepegels angezeigt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alarm gegeben wird, wenn der Ist-Energiepegel einen vorbestimmten Energiepegelbereich übersteigt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Parameter eine Spannung ist, deren Änderung bei der Messung des Energie-

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   pegels eine Schwingungsfrequenz ändert, um die Digital impulsreihe zu erzeugen.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameterwert zwangsläufig relativ zur Zeit bestimmt wird und unmittelbar die Digitalimpulsreihe liefert, ohne eine Geschwindigkeitsgröße einzuführen.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkte Winkelgeschwindigkeit durch magnetische Erzeugung der Digitalimpulsreihe gemessen wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Parameterwerts zu einem bekannten Parameterwert bei einem Normalpegel in einer punktweisen Definition der Parameterkennkurve gespeichert wird, um selektiv zur Aufstellung des Zeitinteryalls benutzt zu werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhr in diskreten Energieeinheiten bemessen wird, wobei {ede Einheit den 1st-Energiepegel nur geringfügig beeinflußt und im Vergleich zum vorbestimmten Energiepegel klein ist,
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse des Vergleichs gespeichert werden, um die Energie während einer vorbestimmten Zeitspanne anzulegen, welche die für mindestens einen Vergleich erforderliche' Zeitspanne überstei gt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Digital impulsreihen, die mehr als einem Energiepegel zugeordnet sind, gemultiplext werden, um verglichen und an das zugeordnete Energiesystem angelegt zu werden.

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12. 12. Verfahren zur Regelung oder Steuerung der Energieeinspeisung in eine Last, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein an der Last aufrechtzuerhaltender gewünschter bzw. Soll-Energiepegel als elektronisch festgelegtes Zeitintervall bestimmt wird, daß sodann der Ist-Energiepegel an der Last gemessen wird, um den Parameterwert der Meßveränderlichen in Abhängigkeit vom Energiepegel zu beeinflussen, daß danach der Parameterwert der Veränderlichen in eine Digital impulsreihe umgewandelt wird, wobei die Zeitperiode zwischen den Impulsen dem gemessenen Parameterwert proportional ist, daß hierauf eine Impulsreihe mit gegenüber der Frequenz der Digital impulsreihe hoher Frequenz erzeugt wird, daß danach aus der Impulsreihe eine Anzahl von Impulsen gewählt wird, die während der Periode, zwischen benachbarten Impulsen der Digital impulsreihe auftreten, daß anschließend eine Bezugszahl von Impulsen entsprechend dem Zeitintervall gespeichert wird und daß schließlieh die Zahl der Impulse mit der Impulsbezugszahl verglichen wird, um den relativen Energiepegel der Last gegenüber dem aufrechtzuerhaltenden Soll-Energiepegel zu bestimmen.
13. 13. Vorrichtung zur Überwachung von Energie-Verbrauchersystemen durch Regelung oder Steuerung der Energieeinspeisung relativ zu einem gewünschten Soll-Energiepegel, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur elektronischen Festlegung des Soll-Energiepegels als Zeitintervall, eine Einrichtung zur Messung des Isf-Energiepegels des Systems durch Erfassung einer Parameterveränderlichen zur Variation entsprechend dem gemessenen Energiepegel, eine Einrichtung zur Umwandlung der gemessenen Parameterveränderlichen in eine Digital impulsreihe, wobei die Zeitperiode zwischen den impulsen dem gemessenen Parameterwert proportional ist, eine Einrichtung zur Aufstellung einer Bezugsnormal-Zeitbasis, eine Einrichtung zur Lieferung eines Zeitmaßes für die Periode anhand der Zeitbasis und eine Einrichtung zum Vergleichen '

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    des.Zeitmaßes mit dem Zeitintervall, um zu bestimmen, ob zum "Erreichen des vorbestimmten Energiepegels Energie angelegt werden soll.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch.13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsnormal-Zeitbasis eine Einrichtung zur Erzeugung einer Impulsreihe mit höherer Frequenz als derjenigen der Digital impulsreihe aufweist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Anzeige einer numerischen Wiedergabe des lst-Energiepegels vorgesehen ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine

    Einrichtung zur Abgabe eines Alarms vorgesehen ist, wenn der Ist-Energiepegel einen vorbestimmten Pegelbereich übersteigt.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsmeßeinrichtung den variablen Parameter mißt und daß ein auf diese Variation bei der Messung des Energiepegels ansprechender Oszillator zur Änderung einer Schwingungsfrequenz zwecks Erzeugung der Digital impulsreihe vorgesehen ist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur direkten Messung des zwangsläufig relativ zur Zeit festgelegten Parameterwerts zur Lieferung der Digitalimpulsreihe unabhängig von einer Geschwindigkeitsgröße vorgesehen ist.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Messung der direkten Winkergeschwindigkeit mittels einer magnetischen Erzeugung der Digital impulsreihe vorgesehen ist.

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20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Speicherung des Verhältnisses zwischen dem Parameterwert und einem bekannten Parameterwert in bezug auf einen Normalpegel und punktweiser Definition der Parameter-Kennkurve zur wahlweisen Festlegung des Zeitintervalls.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Messung der Energiezufuhr in diskreten Energieeinheiten vorgesehen ist, wobei jede Energieeinheit den Ist-Energiepegel nur geringfügig beeinflußt und im Vergleich zum vorbestimmten Energiepegel klein ist.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Speicherung der Ergebnisse des Vergleichs, um die Energiezufuhr während einer vorbestimmten Zeitspanne aufrechtzuerhalten, welche die für mindestens einen Vergleich erforderliche Zeit übersteigt.
23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Multiplex-Schalter für zu vergleichende Digital impulsreihen, die jeweils mehr als einem Energiepegel zum Anlegen an das betreffende Energiesystem zugeordnet sind.
24. 24. Vorrichtung zur Regelung bzw. Steuerung der Einspeisung von Energie in eine Last, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Festlegung eines an der Last aufrechtzuerhaltenden Soll-Energiepegels als elektronisch festlegbares Zeitintervall, eine Einrichtung zur Messung des Ist-Energiepegels an der Last zur Beeinflussung des Parameterwerts der Meßveränderlichen entsprechend dem Energiepegel, eine Einrichtung zur Umwandlung des Parameterwerts der Veränderlichen in eine Digital impulsreihe, wobei die Zeitperiode zwischen den Impulsen dem gemessenen Parameterwert proportional ist, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Reihe

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    von Impulsen mit einer relativ zu den Frequenzen der Digital impulsieihe hohen Frequenz, eine Einrichtung, um aus der Impulsreihe eine Anzahl von Impulsen zu wählen, die während der Periode zwischen benachbarten Impulsen der Digital impulsreihe auftreten, eine Einrichtung zur Speicherung einer Bezugszahl von Impulsen entsprechend dem Zeitintervall und eine Einrichtung zum Vergleichen der Impulszahl mit der Bezugszahl von Impulsen zur Bestimmung des relativen
    Energiepegels der Last gegenüber dem aufrechtzuerhaltenden Soll- Energiepegel. -

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