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Elektrischer Regler
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Regler mit digitaler Istwert-
und Sollwertanzeige, enthaltend ein digitales Anzeigegerät, einen einstellbaren
Sollwertgeber, einen Istwerteingang und einen Vergleicher zum Vergleichen eines
Istwertsignals am Istwerteingang mit einem von dem Sollwertgeber an einem Ausgang
desselben gelieferten Sollwertsignal.
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Es sind elektrische Regler bekannt, bei denen ein Sollwert digital
einstellbar ist aber als analoges Signal in Form einer Spannung am Ausgang eines
Sollwertgebers erscheint. Zu diesem Zweck ist an der Frontplatte des Reglergehäuses
eine dekadische Einstellvorrichtung mit zueinander gleichachsig nebeneinanderliegenden
Stellrädern und Anzeigetrommeln vorgesehen. Durch diese Einstellvorrichtung sind
Widerstände und damit die das Sollwertsignal bildende Spannung in dekadischer Stufung
umschaltbar. Es ist auch eine Digitalanzeige für den Istwert mittels eines digitalen
Anzeigegeräts bekannt. Ein solches digitales Anzeigegerät und zusätzlich die digitale
Einstellvorrichtung nehmen einen großen Teil des auf der Frontplatte des Reglergehäuses
zur Verfügung stehenden Raumes ein. Es müssen weiterhin Stellknöpfe für die Reglerparameter
untergebracht werden. Andererseits besteht das Bestreben für solche
Geräte
mit kleinen Normgehäusen auszukommen, so daß möglichst viele Regler oder sonstige
Geräte auf einer vorgegebenen Schalttafelfläche untergebracht werden können. Diese
Forderung ist mit vorbekannten Konstruktionen nur schwer zu erfüllen.
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Ein weiteres Problem entsteht durch die nicht-lineare Charakteristik
mancher Meßfühler. Beispielsweise hängt die Thermospannung eines Thermoelements
nicht-linear von der Temperatur ab. Als Sollwert vorgegeben wird eine Temperatur,
wobei der Temperatursollwert in eine entsprechende elektrische Spannung umgesetzt
wird.
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Dabei muß die Charakteristik des Sollwertgebers, d.h. die Abhängigkeit
der Ausgangsspannung (Sollwertsignal) von dem eingestellten und abgelesenen Temperatursollwert
in der von der Einstellvorrichtung gesteuerten Widerstandsschaltung berücksichtigt
werden. Wenn also beispielsweise einer Temperatur am Meßfühler von looOC ein Istwertsignal
von 1oo mV entspricht und einer Temperatur von 200°C ein Istwertsignal von nur 180
mV, so muß bei dem der Auslegung der Widerstandsschaltung Rechnung getragen werden.
Das Sollwertsignal wird im Regler mit dem tatsächlichen Istwertsignal verglichen
und der Sollwertgeber muß dementsprechend bei einer Einstellung auf looOC Sollwert
eine Spannung von 100 mV und bei einer Einstellung auf 200°C eine Spannung von 180
mV abgeben. Es erfolgt somit eine erste Linearisierung zur Anpassung an die Charakteristik
des Meßfühlers bei der Umsetzung der digitalen Sollwerteinstellung in das analoge
Sollwertsignal.
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Eine weitere, davon getrennte und unabhängige Linearisierung ist bei
den bekannten Reglern erforderlich, um die Thermospannung als Istwertsignal in eine
digitale Anzeige des Temperaturistwertes umzusetzen. Es müssen dann nämlich ebenfalls
1oo mV als looOC und 180 mV als 2000C angezeigt werden. Dazu ist eine zweite Linearisierungsschaltung
erforderlich.
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Solche Linearisierungsschaltungen bedingen jede einen nicht unerheblichen
Aufwand an Material, Arbeitszeit und Raum. Es muß außerdem dafür gesorgt sein, daß
beide Linearisierungsschaltungen die gleiche Kennlinie haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Regler
der eingangs definierten Art einfacher und raumsparender auszubilden und seine Einstellung
zu vereinfachen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sollwertgeber
zur Erzeugung eines stetig einstellbaren analogen Sollwertsignals zum Vergleich
mit dem analogen Istwertsignal eingerichtet ist und daß das einzige digitale Anzeigegerät
über einen Umschalter wahlweise an den Istwerteingang oder an den Ausgang des Sollwertgebers
anlegbar ist.
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Im Gegensatz zu den geschilderten vorbekannten Reglern mit digitaler
Istwert- und Sollwertanzeige, wird erfindungsgemäß der Sollwert stetig eingestellt.
Es wird nicht die Einstellung des Sollwertgebers, z.B. einer dekadischen Einstellvorrichtung
oder eines Potentiometers, angezeigt, sondern es wird direkt die Ausgangs spannung
des Sollwertgebers gemessen und digital angezeigt. Diese Anzeige erfolgt nach Umschaltung
mit dem gleichen digitalen Anzeigegerät, mit dem auch der Istwert angezeigt wird.
Damit wird einmal der Aufwand für die Messung und digitale Anzeige des Sollwertsignals
tragbar, da für diese Messung ein sowieso vorhandenes Anzeigegerät ausgenutzt wird.
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Zum anderen ist sichergestellt, daß der Sollwert nach dem gleichen
Anzeigegerät eingestellt wird, mit dem auch die Anzeige des Istwertes erfolgt. Wenn
diese letztere Anzeige durch Anpassung an die Charakteristik des Meßfühlers richtig
ist, dann ist die Kennlinie des Sollwertgebers, d.h. die Abhängigkeit des Sollwertsignals
von einem Stellweg bei der Einstellung des Sollwertgebers, irrelevant. Schließlich
ergibt sich ein günstig geringer Raumbedarf, da nur ein Anzeigegerät für Istwert
und Sollwert erforderlich ist. Zur stetigen
Einstellung des Sollwertsignals,
z.B. mittels eines Potentiometers, ist nur ein kleiner Einstellknopf erforderlich.
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Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung dort, wo die Charakteristik
des Meßfühlers d.h. die Abhängigkeit des Istwertsignals (z.B. der Thermospannung)
von der Regelgröße (z.B.
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der Temperatur) nicht-linear ist. In diesem Fall ist es möglich, daß
das digitale Anzeigegerät eine einzige Linearisierungsschaltung zur Linearisierung
der digitalen Anzeige nach Maßgabe der Charakteristik eines Meßfühlers (Abhängigkeit
des Istwertsignals von einer zu messenden Größe) enthält.
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Für die Anordnung der einzigen Linearisierungsschaltung gibt es verschiedene
Möglichkeiten: Eine Möglichkeit besteht darin, daß ein Analog-Digital-Wandler über
den Umschalter wahlweise von dem Istwertsignal oder dem Sollwertsignal beaufschlagbar
ist, daß die Linearisierungsschaltung einen Festwertspeicher (ROM) enthält, dessen
Adresseneingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers verbunden ist und dessen
Ausgang auf einen Digitalanzeiger geschaltet ist. Die Linearisierung erfolgt dann
auf der Digitalseite. Es kann aber auch die Linearisierungsschaltung zur Linearisierung
analoger Eingangssignale eingerichtet und über den Umschalter wahlweise von dem
Istwertsignal oder dem Sollwertsignal beaufschlagbar sein und der analoge Ausgang
der Linearisierungsschaltung über einen Analog-Digital-Wandler einen Digitalanzeiger
beaufschlagen. Dabei erfolgt die Linearisierung auf der Analogseite aber hinter
dem Umschalter in gleicher Weise für Istwertsignal und Sollwertsignal. Schließlich
ist es aber auch möglich, daß die Linearisierungsschaltung zur Linearisierung analoger
Eingangssignale eingerichtet und vom Ausgang eines Meßfühlers beaufschlagt ist und
daß der Ausgang der Linearisierungsschaltung als Istwertsignal an dem Istwerteingang
liegt. Es hängt dann das Istwertsignal schon linear von der Regelgröße ab und wird
mit dem irgendwie von dem Sollwertgeber erzeugten Sollwertsignal verglichen. Auch
hier ist die Charakteristik des Sollwertgebers unkritisch.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild
eines nach der Erfindung aufgebauten elektrischen Reglers, Fig. 2 zeigt die Frontplatte
des Reglers.
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Mit 1o ist ein Sollwertgeber bezeichnet, der ein stetig einstellbares
analoges Sollwertsignal w an einem Ausgang 12 liefert. Der Sollwertgeber 1o, der
z.B. von einem Potentiometer gebildet sein kann, ist mittels eines Einstellknopfes
14 einstellbar. An einem Istwerteingang 16 liegt ein Istwertsignal x, z.B. die Thermospannung
eines Thermoelements. Das Istwertsignal x ist im Summationspunkt 18 dem Sollwertsignal
w entgegengeschaltet, so daß ein Regelabweichungssignal x-w gebildet wird. Dieses
Regelabweichungssignal x-w wird auf eine Reglerschaltung 2o mit einem dem jeweiligen
Regelproblem angepaßten Zeitverhalten zur Erzeugung einer geeigneten Stellgröße
gegeben. Die Parameter der Regler schaltung sind einstellbar, wie durch den Pfeil
22 in Figur 1 angedeutet ist.
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über einen Umschalter 24 ist wahlweise der Istwerteingang 16 oder
der Ausgang 12 des Sollwertgebers 1o auf eine Linearisierungsschaltung 26 geschaltet.
Die Linearisierungsschaltung 26 kann in üblicher Weise als Diodennetzwerk aufgebaut
sein. Die Ausgangsspannung der Linearisierungsschaltung ist eine solche Funktion
der Eingangsspannung, daß Nichtlinearitäten der Meßfühler-Charakteristik ausgeglichen
werden und die Ausgangsspannung linear von der Regelgröße abhängig ist. Das Ausgangssignal
der Linearisierungsschaltung liegt an einem Analog-Digital-Wandler 28 an, der eine
entsprechende digitale Ausgangsinformation liefert. Diese digitale Ausgangsinformation
beaufschlagt einen geeigneten Codierer 30, der eine Leuchtdiodenanzeige 32 ansteuert.
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In der dargestellten Ruhestellung des als Drucktaste ausgebildeten
Umschalters 24 liegt der Istwerteingang 16 an der Eingangsklemme 34 der Linearisierungsschaltung
26, während die Eingangsklemme 36 auf Referenzpotential liegt. Nach Niederdrücken
der Drucktaste und damit Umschalten des Umschalters 24 in seine Arbeitsstellung,
wird der Ausgang 12 des Sollwertgebers 1o an den Eingang 36 der Linearisierungsschaltung
und der Eingang 34 derselben an Referenzpotential gelegt. Das Sollwertsignal wird
somit mit umgekehrten Vorzeichen an die Linearisierungsschaltung 26 angelegt, um
gleiche Polaritäten zu erhalten, da das Sollwertsignal im Regler dem Istwertsignal
entgegengerichtet ist.
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Figur 2 zeigt die Frontplatte 36 des Reglergehäuses, das als relativ
kleines, quaderförmiges Normgehäuse für den Schalttafeleinbau ausgebildet ist.
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In der oberen Hälfte der Frontplatte 36 ist der als Leuchtdiodenanzeige
ausgebildete Digitalanzeiger 32 angeordnet.
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Rechts davon befindet sich der Stellknopf 14 für die Einstellung des
Sollwertgebers 10. Dieser Stellknopf 14 ist normalerweise verriegelt. Er wird nur
freigegeben, wenn die Drucktaste 38 des Umschalters 24 gedrückt wird. Dann zeigt
der Digitalanzeiger 32 des digitalen Anzeigegeräts 40 das eingestellte Sollwertsignal
w an.
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In der unteren Hälfte der Frontplatte 36 sind zwei Signallampen 42
und 44 vorgesehen. Die grüne linke Signallampe 42 leuchtet auf, wenn der Istwert
unterhalb des Sollwertes liegt, die rote rechte Signallampe 44 leuchtet auf, wenn
der Istwert oberhalb des Sollwertes liegt. Somit liefert das Gerät eine für die
Praxis ausreichende Anzeige der Beziehung zwischen Istwert und Sollwert auch wenn
der Sollwert nicht ständig angezeigt wird.
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Unterhalb der Signallampen 42, 44 sind Stellknöpfe zur Einstellung
der verschiedenen Parameter des Reglers vorgesehen, wie in Figur 1 durch den Pfeil
22 angedeutet ist.
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Die untere Hälfte der Frontplatte 36 ist durch eine durchsichtige
Klappe abgedeckt.