DE2743606C2 - Elektronischer Mengenvoreinsteller - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Mengenvoreinsteller gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind bereits elektronische Mengenvoreinsteller bekannt, bei denen die Meßsignale eines außerhalb angeordneten Volumenzählers in einem Istwert-Zähler gespeichert und zur Anzeige gebracht werden und durch die bei Erreichen eines in einen Sollwert-Zähler eingegebenen Wertes einer Flüssigkeitsmenge der Mengenstrom unterbrochen wird. Um einen Ausfall der gespeicherten Soll- und Istwerte bei einem Netzspannungsausfall zu verhindern, ist eine Energiepufferung vorgesehen. Entsprechend der Leistungsaufnahme der bekannten Mengenvoreinsteller sind hierzu aufwendige Notstromversorgungen, beispielsweise größere Batterien bzw. Akkumulatoren oder der Anschluß an ein Notstromversorgungsnetz, notwendig. Die Abhängigkeit von derartigen Notstromversorgungen erschwert den Einsatz der Mengenvoreinsteller und erhöht den technischen Aul wand.

Es stellte sich daher die Aufgabe, einen elektronischen Mengenvoreinsteller und dazu ein Netzgerät mit einer Notstromeinrichtung wesentlich geringerer Energiekapazität alis bisher r rforderlich zu entwickeln. Ferner soll der neue Mengenvoreinsteller in Verbindung mit der Notstromeinrichtung einfacher zu handhaben und mit geringerem technischem Aufwand als bisher zum Einsatz zu bringen sein.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Kennzeichen der Patentansprüche.

Durch die Anwendung der CMOS-Technologie bei dem neuen Mengenvoreinsteller und durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung des Netzgerätes, das als Netzteil in den Geräteaufbau des Mengenvoreinstellers einbezogen ist. werden wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen mit schaltungstechnisch geringem Aufwand erreicht.

Im einzelnen sind diese Vorteile:

1. Keine aufwendige und Wartungspflichtige Notstromversorgung.

2. Bej Spannungseinbrüchen und Betriebsstörungen kein Datenausfall.

3. Durch automatische Trennung der Baugruppen mit niedrigem und höherem Leistungsniveau und Versorgung der energiearmen und für die Datenspeicherung zuständigen Bauelemente können mit der Energie eines kapazitiven Speichers Unterbrechungs- und Störungszeiten ausreichend überbrückt werden.

4. Überwachungsautomatik und funktionell Sicherung der Versorgungs- und Speicherspannung.

5. Automatischer Schutz der empfindlichen MOS-Schaltkreise durch eine Thyristorenentladungsschaltung für die Speicherkapazität bei Auswechselung des Einschubes.

6. Einfache Meßbereichsanpassung durch eingebaute digitals Meßbereichsteiler.

7. Ausrüstung für Analog- und/oder Digital-Ein- und -Ausgänge sowie Anschlüsse für weitere periphere Datenerfassungsgeräte.

8. Zur weiteren Herabsetzung der Verlusienergie und Einsparung von Verdrahtungsaufwand, Verwendung des Zeitmultiplexverfahrens bei der aktiven Meßwertanzeige.

Dabei benötigt die aus integrierten Schaltkreisen und einem Kondensator als Energiespeicher aufgebaute Notstromeinrichtung gegenüber dem gesamten Gerätevolumen einen relativ kleinen Einbauplatz, so da3 diese in das Netzteil jedes Mengenvoreinstellers integriert werden kann. Dieser Vorteil bewährt sich besonders beim mehrfachen Einsatz des Mengenvoreinstellers in einer größeren Voreinstelleinheit, da die einzelnen Geräte bezüglich der Notstromversorgung voneinander unabhängig sind. Die Betriebssicherheit ist dadurch höher. Ein weiterer Vorteil besteht in der Wartungsfreiheit der Notstromeinrichtung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen der Schaltungsanordnung des Mengenvoreinstellers und des Netzteils an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild des Mengenvoreinstellers,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des Netzteils des Mengenvoreinstellers.

Der in F i g. 1 im Blockschaltbild dargestellte elektronische Mengenvoreinsteller ist zur Verminderung der Leistungsaufnahme im Hinblick auf eine Notstromeinrichtung geringer Energiikapazität weitgehend aus CMOS-Schaltkreisen aufgebaut. Zum weiteren Herabsetzen des Verbrauchs elektrischer Energie werden, wie später im einzelnen erläutert, bei Netzspannungsausfall die höher Strom verbrauchenden und bei der Speicherung des Betriebszustandes entbehrlichen Funktionsteile, wie Relais, diskret aufgebaute Schaltfunktionen und Anzeige, vom Net/teil aus abgeschaltet.

Im einzelnen besteht der Mengenvoreinsteller aus einer digitalen Eingangsstufe 1 mit einem Schmitt-Trigger und diercm vorgeschaltetem Eingangsfilter einer nachfolgenden, aus BCD-Zählern aufgebauten Unter= setzersiufe 2, deren im wählbaren Übersetzungsverhältnis (1 : 1/1 :2/l :5/1 : IO bis I : 10*) übertragenen Signale in einer Impulsformerstufe 3 mittels einer monostabilcn Kippstufe in syslemgerechtc impulse umgeformt werden, so ,vie aus einem Ist- und SolKvert-Zähler 4, 5, die mil Einern 16 BIT-Vergleicher 6 verbunden sind. Dessen Ausgang steuert Otter einen Treiberverstärker 7 die Abschaltung des Mengenstromes. Zur Anzeige des 1st- und Sollwertes enthält das Gerät ferner einen dem Ist- und Sollwert-Zähler 4, 5 ι nachgeschalteten Datenselektor 8, über den die bei einer achtstelligen Sieben-Segmentanzeige notwendigen Verbindungen nach dem bekannten Multiplexverfahren zusammengefaßt und über die Dekoder 9 und 10 mit nachgeschalteten, aus Transistoren in Darlington-

Ki Schaltung aufgebauten Treiberstufen 11 der achtstelligen Sieben-Segmentanzeige 12 zugeführt werden. Sowohl Datenselektor 8 als auch der Dekoder 9 werden von einem Impulsgenerator 13 über einen voreinstellbaren BCD-Zählcr 14 synchron gesteuert, so daß die binär

ι '> codierten Dezimalstellen des Zählers 4 bzw. 5 über eine BCD-Sieben-Segmentanzeige-Dekodierung mittels des Dekoders 10 den entsprechenden Stellenelementen der achtstelligen Anzeige 12 vom Dekoder 9 zugeordnet werden.

:o Die Voreinstellwerte (Sollwert) sind an den Tasten der Sollwertungabe 15 einzustellen, die zur Unterdriikkung der Prellunterbrechungen der Tit-ien aus in einer integrierten Schalteinheit zusammengefaßt sn elektronischen Schaltern bestehen. Eine an sich bekannte

."· Verknüpfungsschaltung 16 sorgt dafür, daß die Eingabe des Voreinstellwertes nur möglich ist, wenn das die Unterbrechung des Mengenstromes bewirkende Ausgangsrelais abgefallen ist, d. h. der Mengenstrom unterbrochen ist. Ferner wird durch die Schaltung 16

; sichergestellt, daß der Mengenstrom durch Betätigen des Ausgangsrelais nur gestartet werden kann, wenn der Mengenvoreinsteller in Betrieb gesetzt und der Voreinstellwert eingegeben ist und wenn der Mengenstrom vorher unterbrochen war, beispielsweise bei

i. Übereinstimmung von Soll- und Istwert oder durch manuelles Auslösen der Stoppfunktion. Die Funktionen 'START', 'STOP' und 'LÖSCHEN' des Istwertes werden an den Tastschaltern der internen Befehlseingabe 17 ausgelöst oder sind über die Anschlußklemmen

i" der externen Befehlseingabe 18 fernansteuerbar. Diese Eingabeschaltung enthält eine Triggerstufe mit vorgeschalteten Eingangsfiltern zur Anpassung der externen Steuersignale an den internen CMOS-Spannungspegel. Zwei weitere Anschlußklemmen 'NULLSTELLUNG'

>' und 'SPERRE' ermöglichen das gemeinsame Löschen von Soll- und Istwert und das Sperren der manuellen Eingaben START, STOP und LÖSCHEN, um diese Befehle über die Befehlseingabe 18 eingeben zu können. Dabei kann der Löschbefehl erst wirksam werden, wenn

vi Soll- und Istwert übereinstimmen oder nach der Eingabe des STOP-Befehls.

Für die Eingabe analoger Meßsignal«: ist dem Eingang der digitalen Eingangsstufe 1 ein Analog/Digital-Wandler Γ vorgeschaltet. Geeignete Schaltungen für diese

■ FurktLn sind dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig und daher weiter nicht näher beschrieben.

Der elektrische Aufbau der gesamten Geniteschaltung erfolgt über Leiterplatten, die in einem auswechselbaren Einschub zusammengefaßt sind. Zur Verminderung des Stromverbrauchs hinsichtlich des Notstromversorgungsfalles sind lediglich die Funktionsschaltungen 1, Γ, 7, 11 und 18 aus einzelnen Bauelementen aufgebaut — in der Fachsprache als diskrete Schaltungen bezeichnet —, die übrigen Funktionsteile bestehen aus im Fachhandel verfügbaren, integrierten CMOS-Schaltkreisen, deren Steuerströme gegenüber anderen aktiven Halbleiterbauelementen äußerst gering sind.
Um Istwert, Sollwert und Betriebszustand des

MengcnvoTcinstcllcrs M bei Nctzspanntmgsausfall sicherzustellen, ist in dessen Netzteil eine Notstromeinrichtung mit einem Elektrolytkondensator 20 als Energiespeicher vorgesehen (Fig. 2). Dieser ist dem Doppelweggleichrichter 21 und dem Glättungskondensator 22 über einen Schalttransistor 23 mit kollektorseitig nachgeschalteter Diode 24 parallel geschaltet. Die zu wählende Kapazität des Speicherkondensators 20 richtet sich nach der vorzusehenden Ausfallzeit der Versorgungsspannune. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt die Notstromeinrichtung noch Spannungsüberwachungsschaltungen 25, 26, 27. die jeweils einen Operationsverstärker 2j', 26', 27' enthalten. Für die Überwachungsfunktion sind diese mit einem Eingang mit einer Referenzspannungsquelle 29 und dem anderen Eingang mit den jeweils zu überwachenden Potentialpunkten verbunden. Die Referenzspannungsquelle 29 ist vorzugsweise aus einer über einen Widerstand 30 an die Versorgungsspannung angeschlossene Zenerdiode 31 gebildet.

Wird die Referenzspannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 25 durch die über einen Spannungsteiler R₁, Ri am invertierenden Eingang anliegende Versorgungsspannung, beispielsweise bei deren Ausfall, unterschritten, gelangt der Ausgang des Operationsverstärkers auf hohes Potential. Dieses wird über eine nachfolgende, aus einem Transistor bestehende Umkehrstufe 32 invertiert. Das invertierte Signa¹ sperrt über die Leitung 33 im Menger.vo/cüisteller M über UND-Glieder 34 bzw. Sperreingänge der Schaltkreise die Informationsübertragung zu den Funktionsschaltungen 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 13, 14 und 16. Dadurch wird erreicht, daß während des Ausfalls der Versorgungsspannung diese Funktionsschaltungen einen statischen Betriebszustand einnehmen, und der Speicherkondensator somit nur noch mit einem Strom im Bereich von 10 ^β Ampere belastet wird. Zur weiteren Verminderung der Belastung des Speicherkondensators 20 sind die Funktionsschaltungen 1, Γ, 7, 11, 15, 18 und die Sieben-Segment-Anzeige 12 direkt an den Doppelweggleichrichter 21 angeschlossen, so daß diese während des Ausfalls der Versorgungsspannung durch den Schalttransistor 23 mit der Diode 24 vom Speicherkondensator 20 entkoppelt sind. Die Diode 24 bewirkt ferner, daß sich der Speicherkondensator 20 Ober die Spannungsüberwachungsschaltungen 25, 26, 27 nicht entladen kann.

Während des Ausfalls der Versorgungsspannung wird der Speicherkondensator 20 durch die vorstehend beschriebenen, mit diesem verbundenen CMOS-Schaltkreise langsam entladen. Um Fehlfunktionen im Mengenvoreinsteller M durch eine zu niedrige Speicherkondensatorspannung infolge stärkerer Entladung zu vermeiden, ist eine entsprechende Spannungsüberwachung bei Wiederkehr der Versorgungsspannung erforderlich. Hierzu dient die Spannungsüberwachungsschaltung 26 mit dem Operationsverstärker 26' mit nachgeschalteter bistabiler Kippstufe 35. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 26' ist mit der Referenzspannungsqueüe 29 verbunden, so daß bei gegenüber der Referenzspannung unterschrittener Speicherkondensatorspannung am invertierenden Eingang der Ausgang hohes Potential annimmt. Dieses bewirkt das Setzen der bistabilen Kippstufe 35, so daß der mit einem UND-Glied als Vorschaltung 36 annimmt. Gleichzeitig wird vom zweiten Ausgang Oder Kippstufe über den mit Hilfe des Widerstandes R^ hochohmig durchgeschalteten Schalttransistors 23 eine langsame Aufladung des Speicherkondensators 20 durch die wiedergekehrte Versorgungsspannung veranlaßt. Erreicht dessen Spannung den Wert der Referenzspannung, geht der Ausgang des Operationsverstärkers 26' auf niederes Potential, so daß der Schalttransistor 23 voll durchgeschaltet und der Setzeingang der Kippstufe 35 freigegeben wird.

Der zweite Eingang der Torschaltung 36 \\\·Λ <\py Rücksetzeingang der Kippstufe 35 werden von der Spannungsüberwachung 27 mit dem Operationsverstärker 27' angesteuert. Parallel zum oben beschriebenen Ablauf der Spannungsüberwachung 26 wird lie Referenzspannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 27' von der Versorgungsspannung am nicht invertierenden Eingang durch r'<v WC-Glied Ra. G verzögert überschritten.

Das am Ausgang des Operationsverstärkers 27' bi< zum Ablauf der Verzögerungszeit anliegende niedere Potenti.i! >vird über einen Inverter 37 dem zweiter Eingang der Torschaltung 36 zugeführt. Dieses durch die Inversion jetzt hohe Potential wird durch da« gl· Ί hzeitig vorhandene hohe Potential des Kippstufen ausgangs Q an den Ausgang der Torschaltung 3t durchgeschaltet Das hohe Ausgangssignal wird über die !.'.■tun? ί8 dem Löscheingarig des Ist- und Suiiwertzäh lers 4, 5 sowie der Schaltung 16 des Mengenvoreinstel lers M zugeführt, so daß die Zählerstände gelöscht unc der Betriebszustand 'STOP' eingestellt werden. Dei nach der durch das /?C-Glied -V₄, Q bestimmter Verzögerungszeit auf hohes Potential geschaltete Ausgang des Operationsverstärkers 27' sperrt die Torschaltung 36 und setzt die Kippstufe 35 zurück.

Ist bei Wiederkehr der Versorgungsspannung die Spannung des Speicherkondensators 20 größer als die Referenzspannung, wird entsprechend der vorstehenc beschriebenen Funktion der Spannungsüberwachungs schaltungen 26 und 27 die bistabile Kippstufe 35 nich geschaltet. Die Torschaltung: 36 bleibt dadurch gesperrt so daß Zählerstände und Betriebszustand des Mengen voreinstellen erhalten bleiben.

Durch die vorstehend beschriebenen schaltungstech nischen Maßnahmen wird erreicht, daß bei Störung dei Versorgungsspannung Istwert, Sollwert und Betriebszu stand des Mengenvoreinstellers sichergestellt und durch die Überwachung der Spannung der Notstromeinrich tung fehlerfreie Zählerstände gewährleistet werden.

Zum Schutz der CMOS-Schaltkreise des Mengenvor einstellers nach der Entnahme des Einschubs ai" den Gerätegehäuse ist dem Speicherkondensator 20 eint Entladeschaltung 40 parallel geschaltet, die im einfach sten Fall aus einem manuell betätigbaren Schalte: bestehen wird. Um die Entladung des Speicherkonden sators bei der Entnahme jedoch selbsttätig durchizufüh ren, besteht der Schalter vorzugsweise aus einerr Thyristor 41. der von einen pnp-Transistor 42 in dei Weise gezündet wird, daß bei Entnahme des Einschub: der Eingang einer Triggerschaltung 43 mittels de: Gerätesteckers 44 vom Massepotential getrennt unc dadurch die Basis vom Ausgang der Triggerschaltuni auf niederes Potential gebracht wird. Der somi durchgeschaltete Transistor 42 zündet den Thyristor wodurch die Entladung des Speicherkondensators 2(

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Hierzu 2 Blatt Zeichnunaen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Mengenvoreinsteller einschließlich zugehörigem Netzgerät mit einer Gleichrichterschaltung und mindestens einem Glättungskondensator sowie mit einer Notstromeinrichtung, wobei in der Schaltungsanordnung des Mengenvoreinsteller« die Meßsignale in der Eingangsstufe in Rechteckimpulse umgeformt werden, die einen Istwert-Zähler steuern, und mittels eines !Comparators der Istwert mit dem gespeicherten Sollwert verglichen wird, dessen Ausgangssignal eine Abschaltefunktion steuert, während der Istwert über einen Dekoder aulf ein Anzeigesystem gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Notstromeinrichtung aus einem Speicherkondensator (20) und aus; Spannungsüberwachungsschaltungen (25, 26, 27) besteht, von denen die auf das Einschalten der Versorgungsspannung und auf einen Schwellenwert der Spannung des Speicherkondensators (20) ansprechende Spannungsüberwachungsschaltung (26) einen Schalttransistor (23) steuert, durch den der Speicherkondensator (20) über eine Diode (24) mit der Gleichrichterschaltung (21) verbunden ist, und daß zumindest die bei Ausfall der Versorgungsspannung vom Speicherkondensator (20) mit Strom zu versorgenden Funktionsschaltungen des Mengenvoreinstellers (M) aus CMOS-Schaltkreisen gebildet und mit der Gleichrichterschaltung (21) über den Schalttransistor (23) und die Diode (24) und mit dem Speicherkondensator (20) direkt verbunden sind während die übrigen Funktionsschaltungen des Mengenvoreirstellers (M) dkeii mit der Gleichrichterschaltung (21) in Verbindung stehen und durch die Diode (24) vom Speiche kondensator (20) getrennt sind, und daß die Informationsübertragung zu den bei Versorgungsspannungsausfall vom Speicherkondensator (20) mit Strom zu versorgenden Funktionsschaltungen mit Hilfe von vom Speicherkondensator versorgten und im Mengenvoreinsteller (M) vorhandenen Schaltmitteln (34) sperrbar ist, die von der auf den Ausfall bzw. das Abfallen der Versorgungsspannung unter einen Referenzspannungswert ansprechenden Spannungsüberwachungschaltung (25) über eine Leitung (33) gesteuert werden, und daß der Ausgang der auf das Einschalten der Versorgungsspannung verzögert ansprechenden Spannungsüberwachungsschaltung (27) auf eine Torschaltung (36) geführt ist, die von der auf den Schwellenwert der Speicherkondensatorspannung ansprechenden Spannungsüberwachungsschaltung (26) steuerbar ist, und der Ausgang der Torschaltung (36) über eine Leitung (38) auf den Löscheingang des Ist- und Sollwertzählers (4, 5) und der BetriebsThaltung(l6)des Mengenvoreinstellers (M). geschaltet ist, wobei sämtliche Spannungsüberwachungsschaltungen (25, 26, 27) eingangsseitig mit einer an sich bekannten Schallung (29) zur Erzeugung einer Referenzspannung und mit den jeweils zu überwachenden Spannungspunkten verbunden sind.

2. Elektronischer Mengenvoreinsteller nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsübcrwachungsschaltungen (25, 26, 27) jeweils aus einem Operationsverstärker (25', 26', 27) gebildet sind, dessen Ausgang je nach Richtung der Abweichung der /.u überwachenden Spannung von der Referenzspannung einen der beiden stabilen Potentialzustände der binären Informationsdarstellung einnimmt

3. Elektronischer Mengenvoreinsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem auf einen Schwellwert der Speicherkondensatorspannung ansprechenden Operationsverstärker (2S') eine bistabile Kippstufe (35) nachgeschaltet ist, deren Ausgang (Q) die Torschaltung (36) und deren

ίο Ausgang (Q) über einen Widerstand (R£ den Schalttransistor (23) steuert, wobei dieser auch mit dem Ausgang des Operationsverstärkers (26') verbunden isL

4. Elektronischer Mengenvoreinsteller nach einem ι ^!> der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherkondensator (20) eine Entladeschaltung (40) parallel geschaltet ist, die durch einen Schalter (41) zeitweise wirksam zu machen ist

5. Elektronischer Mengenvoreinsteller nach An-Ji) spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter

(41) aus einem Thyristor besteht, der mit Hilfe eines pnp-Transistors (42) gezündet werden kann, wobei die Basis des Transistors (42) von einer Triggerschaltung (43) gesteuert wird, deren Eingang mittels des 2Ί Gerätesteckers (44) des Mengenvoreinstellers (M) vom Massepotential der Versorgungsspannung trennbar ist