DE2337199C3

DE2337199C3 - Schaltungsanordnung zum Überwachen von Drehzahlen

Info

Publication number: DE2337199C3
Application number: DE19732337199
Authority: DE
Inventors: Juergen 4018 Langenfeld Textor
Original assignee: Kiepe Elektrik 4000 Duesseldorf GmbH
Current assignee: Kiepe Elektrik 4000 Duesseldorf GmbH
Priority date: 1973-07-21
Filing date: 1973-07-21
Publication date: 1980-08-14
Also published as: DE2337199A1; DE2337199B2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Drehzahlen, von der beim Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Solldrehzahl ein Signal zum Abschalten eines zu überwachenden Gerätes abgegeben wird.

Schaltungsanordnungen zum Überwachen von Drehzahlen sind in vielen Ausführungsformen bekannt- Die Drehzahl wird normalerweise durch Impulsgeber und auch durch Tachogeneratoren erfaßt, welche mit der zu überwachenden Maschine, beispielsweise einer Förderanlage, gekuppelt sind. Bei Tachogeneratoren wird das ausgegebene Spannungssignal (Analogsignal) direkt ausgewertet, wobei jedoch der Nachteil einer wenig genauen Messung in Kauf genommen werden muß. Genauere Meßergebnisse erhält man mittels eines Impulsgebers, indem die Drehzahl durch die Frequenz der impulsfolge bestimmt wird, und zwar durch Summierung der Impulse. Alle diese bekannten Schaltungen haben den Nachteil, daß die in das Gerät eingegebenen Impulse nicht direkt auf ihren Impulsabstand bzw. auf ihre Frequenz geprüft, sondern einem Summierglied zugeführt werden und sodann eine analoge Auswertung des so erhaltenen Mittelwertes vorgenommen wird. Die zur Mittelwertbildung erforderliche Integrationszeit hat eine entsprechende Verzögerung der Reaktion auf die eingegebenen Impulse und eine dadurch bedingte Ungenauigkeit des Signalausganges zwecks Auslösung von Schaltvorgängen zur Folge.

Es ist eine als Frequenztor wirkende Schaltungsanordnung bekannt (CH-PS 4 65 005), bei der der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse mit einer vorgegebenen Zeitbasis verglichen wird, die durch eine Zeitschaltung gegeben ist, bei der die Ladung eines Kondensators mit Konstantstrom bis zum Erreichen eines durch die Einstellung eines Schwellwertschalters vorgegebenen Spannungswertes erfolgt. Dieser Schwellwertschalter steuert bei der bekannten Schaltung unmittelbar ein UND-Glied an, durch welches die Impulse je nach ihrem Verhältnis zur Sollfrequenz gesperrt oder durchgelassen werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, unter Anwendung des aus der obengenannten Schaltung bekannten Prinzips des Vergleichs von Impulsabständen eine Vorrichtung zur Drehzahlüberwachung zu schaffen, mit der eine sehr genaue Drehzahlüberwachung möglich ist und die insbesondere zur Überwachung sehr niedriger Drehzahlen bis zur Stillstandsüberwachung besonders gut geeignet ist.

Ausgehend von einer Schaltung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfolgt die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Drehzahlen,

Fig. 2 die Signalzustände an den aufgeführten Funktionseinheiten für eine Drehzahl oberhalb des Sollwerts (n> /7_S).

Fig. 3 die entsprechenden Signalzustände für eine Drehzahl unterhalb des Sollwerts (n<n<).

Teil π bezeichnet einen Netzanschlußteil, welcher eine temperaturstabilisierte Gleichspannung liefert, u 1 ist ein Verzögerungsglied, u2 eine Impulsbreitenstufe, u 3 eine Anlaufüberbrückung, ü4 ein Schwellwertschalter und u5 ein Speicherglied. Mit M, ti, f3, i4 sind Transistoren bezeichnet, η t ist eine Z-Diode. Mit π 2, π 3, π4 sind Dioden bezeichnet, rl bis rll stellen Widerstände dar. for ist der zeitbestimmende Konden-

sator für die Zeitbasis, dessen Ladung mittels des Potentiometers rr grob eingestellt werden kann, wobei ein zweites Potentiometer π eine Feineinstellung des Schaltpunktes am Schwellwertschalter u 4 ermöglicht.

d\ ist das Ausgangsrelais mit seinen beiden Umschaltkontakten. Mit b 1 ist eine Lusetaste und mit ry, ein Potentiometer für Schalthysterese bezeichnet.

Nach F i g. 1 werden die von einem nicht dargestellten Impulsgeber erzeugten Impulse am Eingang a ii« die Schaltung eingegeben, wobei alle Geber verwendet werden können, welche den Namur-Anforderungen (Normenausschuß für Messen und Regeln) entsprechen. An den Eingang 2 ist über die Z-Diode η 1 und den Transistor 11 das Verzögerungsglied u 1 angeschlossen, welches nur Impulse mit einer Mindestimpulsbreite durchschaltet und somit der Schaltung eine optimale dynamische Störsicherheit verleiht. Am Ausgang von υ 1 erscheinen die durchgeschalteten Impulse zeitlich verzögert Sie sind in F i g. 2 und 3 mit Uc 1 bezeichnet. Die Impulsbreite wird durch die Impulsbreitenstufe u2 bestimmt, welche als monostable Kippstufe ausgebildet ist. Nach Ablauf eines Impulses liegen die Ausgänge der Kippstufe u 2 gemäß dem stabilen Zustand auf logisch »0« für die Ansteuerung des Transistors t2 und auf logisch »1« für die Triggerung des Speichergliedes u5. Infolge des gesperrten Transistors /2 wird der zeitbestimmende Kondensator kk, mit Konstantstrom über den Transistor f3 geladen. Die Höhe des Konstantstromes wird bestimmt durch die Spannungsdifferenz Versorgungsspannung U_v abzüglich der Basisspannung L/a an f 3 und der Basis-Emitterspannung Übe von J 3, dividiert durch den Ohmwert des veränderbaren Emitterwiderstandes bzw. Potentiometers /γ für Grobeinstellung. Mit dem nächsten Eingangsimpuls wird die Impulsbreitenstufe ü2 getriggert (siehe Ue 2), wodurch ;2 angesteuert wird und den Kondensator for entlädt, vgl. den Spannungsverlauf UkT am Kondensator in F i g. 2 und 3.

Liegt die gemessene Drehzahl η über der Soll-Drehzahl π» so wird der Kondensator forenlladen, bevor die Kondensatorspannung auf den am Schwellwertschalter ü4 eingestellten Pegel angestiegen ist. Die Ausgangsspannung U₅ des Schwellwertschalters u4 wird logisch »1«. Wie Fig. 1 zu entnehmen, dient bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Speicherglied υ 5 ein triggerbares /-K-FJip-Flop mit zusätzlichen Blokkiereingängen R und S, sowie einem »Clock-Eingang«

An den Informationseingängen / und K des> Speichergliedes u5 stehen /= »I« und K = »0«. Mi! dem ersten und jedem weiteren Eingangsimpuls wird von der Impulsbreitenstufe υ2 aus der Clock-Eingang getriggert. Der Ausgang Q des Speichergliedes υ 5 schaltet auf »1« (s. Spannung Uq in Fig. 2), der Schalttransistor 14 w ird angesteuert und das Ausgangsrelais d\ zieht an.

Sinkt die gemessene Drehzahl η unter die Soll-Drehzahl /J₅ so steigt die Spannung UkTam Kondensator kkr an und überschreitet den eingestellten Schwellwert. Die Ausgangsspannung L', des Vhwellwertschalters υ 4 wird logisch »0«.

Dieses O-Signal setzt wegen der aus F i g. 1 entnehmbaren direkten Ankopplung des Schwellwertschalter an den Blockiereingang R des Speichergliedes u5, unabhängig vom nachfolgenden Eingangsimpuls, direkt das Speicherglied. Der Ausgang Q des Speichergliedes u5 -,ehaltet auf »0«, der Transistor f4 sperrt und das Ausgangsrelais d\ fällt ab. Die in Bezug auf die Verhältnisse bei Soll-Drehzahl-Überschreitung und Soll-Drehzahl-Unterschreitung ungleiche Art der Ansteuerung des Speichergliedes u 5 hat den Vorteil, daß mit jedem Eingangsimpuls bei Betriebsdrehzahien oberhalb der Solldrehzahl wird und somit keine zusätzliche Ansprechverzögerung auftritt. Bei einer Unterschreitung der Soll-Drehzahl wird dagegen das Speicherglied direkt vom Schwellwertschalter gesetzt. Auf diese Weise reagiert die Schaltung auch beim St.ilstand, also beispielsweise beim Blockieren der zu überwachenden Maschine und somit beim Ausbleiben von Eingangsimpulsen nahezu ohne Zeitverzögerung und betätigt das Ausgangsrelais. Hierbei wird eine Störung im Drehzahl-Erfassungskreis, beispielsweise bei Geberausfall oder Kabelbruch, wie eine Schaltpunktunterschreitung ausgewertet, d. h. die Schaltung bleibt voll funktionstüchtig.

Bei der dargestellten Schaltungsanordnung wird der Endstufentransistor Γ4 von dem Ausgang Q des Speichergl'edes υ 5 angesteuert. Beim Unterschreiten der Soll-Drehzahl wird der Transistor t4 gesperrt, wodurch das Relais d\ abfällt. Diese Sicherheitsfunktion kann bei Einsatz der Schaltung als Überdrehzahlwächter dadurch beibehalten werden, daß der Transistor ί 4 vom Ausgang (Jdes Speichergliedes angesteuert wird. Das Relais d\ fällt in diesem Fall beim Überschreiten der Soll-Drehzahl ab.

Ist im letzten Beispiel, d. h. bei Funktion als Überdrehzahlwächter die Lösetaste b 1 geöffnet, wird der Transistor f 2 nach Überschreiten der Soll-Drehzahl dauernd angesteuert, wodurch der Schaltzustand des Speichergliedes u5 und somit der des Ausgangsrelais d\ auch beim Wiederunterschreiten der Soll-Drehzahl erhalten bleibt (Selbsthaltung).

Die parallel zur Lösetaste b 1 befindliche und gestrichelt eingetragene Leitung ist nur bei Funktion der Schaltung als Unterdrehzahlwächter und als Zweipunktregler vorhanden.

Der Einsatz der Schaltung als Unterdrehzahlwächter erfordert für die Zeit des Maschinenanlaufes eine Blockierung der Schaltung. Die Funklionseinheit_Anlaufüberbrückung t/3 ist mit dem Blockiereingang Sdes Speichergliedes u5 verbunden und blockiert nach Einschalten der Versorgungsspannung für eine variable Zeitspanne das Speicherglied u 5.

Die Schaltung kann auch als Zweipunktregler eingesetzt werden. In diesem Fall arbeitet das Gerät ohne Selbsthaltung (Lösetaste b\) und ohne Anlaufüberbrückung u 3. Der Abstand der beiden Schaltpunkte ist hierbei mittels des Potentiometers r/, für Schalthysterese einstellbar.

Anstelle des vom Endtransistor (4 angesteuerten Relais d\ kann auch ein Transistor bzw. eine Transistorstufe zur Auslösung von Schaltvorgängen angewendet werden, wodurch sich an der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nichts ändert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Überwachen von Drehzahlen, von der beim Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Solldrehzahl ein Signal zum Abschalten eines zu überwachenden Gerätes abgegeben wird, mit einem Impulsgeber, welcher Impulse mit einer der Ist-Drehzahl proportionalen Frequenz liefert, wobei der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Impulse mit einer vorgegebenen Zeitbasis verglichen wird, die durch eine Zeitschaltung gegeben ist, bei der die Ladung eines Kondensators mit Konstantstrom bis zum Erreichen eines durch Einstellung eines Schwellwertschalters vorgegebenen Spannungswertes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Schwellwertschalter (u4) mit den beiden zueinander komplementären Informationseingängen (IK) eines triggerbaren Speichergliedes (u5) verbunden ist, dessen Triggereingang (Cp) die Impulse zugeführt werden und dessen zueinander komplementäre Ausgänge (QQ) jeweils ein konstantes vom Speicherinhalt abhängiges Spannungssignal abgeben, durch welches eine Ausgangsstufe (7 4, d\) ansteuerbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherglied (υ 5) ein triggerbares Flip-FlopGlied mit mindestens einem zusätzlichen Blockiereingang (R, S) dient und der Schwellwertschalter (Ό4) zusätzlich mit einem Blockiereingang (R) des Speichergliedes (u 5) so verbunden ist, daß bei Überschreitung des vorgegebenen Spannungswertes das Speicherglied (u 5) unabhängig vom Triggerimpuls direkt gesetzt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impulsgeber und die Zeitschaltung ein Verzögerungsglied (u\) sowie eine Impulsbreitenstufe (u2) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe wahlweise an beide Ausgänge des Speichergliedes (u 5) schaltbar ist und ein Relais (d 1) enthält, dessen Ansteuerung so ist, daß es bei Überb/w. Unterschreilung des Drehzahlsollwertes abfällt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrem Einsät/ als Unterdrchzahlwächter eine mn einem Blockicicingang (5) des Speichergliedes (Ί/5) verbundene Anlauftiberbrückung (u 3) während des Hochlaufes ein Abschalten des zu überwachenden Gerätes verhindert.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihrem Einsatz als Überdrehzahlwächter das Ausgangssignal des Speichergliedes (u 5) zur Selbsthaltung zum Eingang der Zeitschaltung zurückführbar ist.