DE2806065A1

DE2806065A1 - Zustands-steuersystem

Info

Publication number: DE2806065A1
Application number: DE19782806065
Authority: DE
Inventors: William B Hamelink
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1978-08-24
Also published as: CA1094202A; US4112318A; JPS53104085A; GB1594533A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zustands-Steuersystem nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. In typischen Zustands~Steuersystemen wird normalerweise ein abgefühlter Zustand an den Eingang eines analogen Verstärkungssystems angelegt und der Ausgang des Verstärkersystems wird für Steuerzwecke benutzt. Die Mehrheit der Zustands-Steuersysteme benutzt Gleichspannungsverstärker, Brückenschaltungen und Zu-Dtands-Fühlolemente, die das Brückengleichgewicht verändern und eine Ausgangsänderung des Verstärkersysteins hervorrufen." Diese Art von Zustands-Steuersystem findet ein breites Anwendungsfeld dort, wo die Änderung des Zustandes relativ klein bzw. von der Natur her kontinuierlich ist, und der Ausgang der, Zustands-Steuersystems ein Gerät betätigt, dessen Betrieb nicht kritisch ist. Die herkömmlichen Zustands-Steuersysteme benötigen ferner einen beträchtlichen Aufwand zur Gleichrichtung der gewöhnlicherweise zugeführten Wechselspannung und zur Regelung dieser Spannung, um ein zuverlässiges und genaues System zu bilden.

Ausgehend von diesen bekannten Systemen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zustands-Steuersystem anzugeben, das mit geringem schaltungstechnischem Aufwand fehlersicher arbeitet. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den ünteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Zustands-Steuersystem verwendet direkt eine Wechselspannungsquelle zur Speisung des Fühlelementes. Das System verwendet ferner die Wechselspannungsquelle für die Erzeugung einer Reihe von Logikimpulsen, die sowohl von dem Pühlschaltkreis als auch von einem Hilfsschaltkreis bzw. einer Logiksignal-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden. Die digitalen Logiksignale, die von dem Fühlverstärker und der Logiksignal-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden, werden in einem Verriegelungsschaltkreis miteinander verglichen. Die Folge der Logiksignale stellt sicher, daß von dem Zustands-

809834/0623

Steuersystem nur ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn das Zustands-Fühleiement und das System sich in einem Zustand befinden, der für eine normale Betätigung des Ausgangsschalters geeignet ist. In dem speziell hier betrachteten System wird der Ausgangsschalter bzw. das Relais dazu benutzt, einen Brenner zu betätigen, der einen Boiler heizt. Zu jedem Zeitpunkt, wo der Boiler keinen oder einen zu niedrigen Wasserstand aufweist, führt die Betätigung des Brenner-Steuersy-Btems, das den dem Boiler zugeordneten Brenner betätigt, zu einem unsicheren "ustand. Das vorliegende Zustands-Steuersystem benutzt einen Wasser-Fühltaster als Zustands-Fühleinrichtung. Hierdurch kann eine Betätigung nur dann erfolgen, wenn ausreichend Wasser in dem Boiler vorhanden ist.

Das vorliegende System kann besonders sicher, gemacht v/erden, wenn die Zustands-Fühleinrichtung vom fehlersicheren Typ ist. Ein solcher Fühler ist beispielsweise Gegenstand der Dt-CS 26 43 522. Obgleich jede Art von Zustands-Fühleiement bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, führt die Verwendung des zuvor erwähnten fehlersicheren Flüssigkeitspegel-Tasters zu einem Boiler-Wasserpegel-Steuersystem und zu einer Brennerbetätigung, die gegenüber kommerziell erhältlichen Systemen bedeutend zuverlässiger ist.

Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles des Zustands-Steuersystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine S/R-Verriegelungseinrichtung und die zugehörige Wahrheitstabelle;

Fig. 3 eine Übersicht über die Funktion der S/R-Verriegelungse inrichtung;

809834/0623

Fig. 4 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines

zweiten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Zustands-Stcuersystems; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Boiler-Wassertasters, wie er als Zustands-Fühlelement in den Systemen gemäß den Fig. 1 und 4 verwendet wird.

Das Zustands-Steuersystem gemäß Fig. 1 wird über Leitungen 10 und 11 gespeist, die an die Primärwicklung 12 eines Transformators 13 angeschlossen sind. Die Leitungen 10 und 11 sind an irgendeine herkömmliche Wechselspannungsquelle angeschlossen. Der Transformator 13 transformiert normalerweise die angelegte Spannung nach unten, wenn an den Leitungen 10 und 11 entweder eine nominelle Steuerspannung von 24 Volt oder eine Netzspannung von 115 Volt anliegt. Der Transformator 13 besitzt eine Sekundärwicklung 14, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Speisung der restlichen Schaltung eine Wechselspannung von ungefähr 10 Volt abgibt.

Die Sekundärwicklung 14 ist über eine Leitung 15 an einen Widerstand 16 und an eine Zustands-Fühleinrichtung 17 angeschlossen, die im vorliegenden Fall aus einem veränderlichen Widerstand besteht. Im Prinzip kann die Zustands-Fühleinrichtung 17 auf vielerlei verschiedene Arten von Zuständen ansprechen. Im speziellen Anwendungsfall des vorliegenden Gerätes kann die Zustands-Fühleinrichtung 17 aus einem Wasser-Fühltaster gemäß Fig. 5 bestehen. Einzelheiten hinsichtlich der Parameter der Zustands-Fühleinrichtung 17 sollen in Zusammenhang mit der Wirkungsweise des gesamten Schaltkreises erläutert werden.

Die Zustands-Fühleinrichtung 17 ist über eine Leitung 20 an die Basis 21 eines Transistors 22 angeschlossen. Der Transistor 22 wird über ein Paar von Widerständen 23 und 24, die

80983 4/0623

über eine Diode 26 an die Leitung 25 angeschlossen sind, mit Spannung versorgt. Die Diode 26 richtet die angelegte Wechselspannung gleich. Ein an die Masseachiene 28 angeschlossener Kondensator 27 liefert eine Gleichspannung für Teile der Schaltung. Der Transistor 22 ist ferner mit seinem Emitteranschluß 30 an die Masseleitung 28 angeschlossen, wobei diese mit der Sekundärwicklung 14 verbunden ist. Es liegt somit auf der Hand, daß beim Auftreten einer Wechselspannung über der Sekundärwicklung 14 ein Strom über die Diode 26 fließt und den Kondensator 27 auflädt, und daß die über dem Kondensator

27 auftretende Spannung über die Widerstände 23 und 24 an

die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 22 angelegt wird. Ferner liefert eine Zenerdiode 19 und eine weitere Diode 29 ein geregeltes Gleichspannungspotential für noch zu beschreibende Digitalschaltkrexse.

Ebenso wie die Leitung 15 ist eine Leitung 31 an die Sekundärwicklung 14 des Transformators 13 angeschlossen. Die Leitung 31 ist über eine Diode 32 und einen veränderlichen Widerstand 33 sowie eine weitere Leitung 34 an die Leitung 20 angeschlossen. Der veränderliche Widerstand 33 wird zur Empfindlichkeitseinstellung des Systems benutzt. Ein Kondensator 35 ist zwischen einem Punkt 36, der dem veränderlichen Widerstand 33 und der Diode 32 gemeinsam ist und die Masseschiene

28 angeschlossen. Der Kondensator 35 lädt sich auf eine Spannung auf, die durch die eingezeichnete Polarität gekennzeichnet ist. Der Ladeschaltkreis für den Kondensator 35 wird durch die Diode 32 und durch die Leitung 31 über die Sekundärwicklung zu der Masseschiene 28 gebildet. Es liegt auf der Hand, daß immer dann, wenn die Sekundärwicklung 14 hinsichtlich der Leitung 31 eine negative Polarität in bezug auf die Masseschiene 28 aufweist, ein Strom zwecks Aufladung des Kondensators 35 fließt. Wenn sich die Polarität umkehrt, das heißt, wenn die Leitung 31 im Hinblick auf die Masseschiene 28 ein

809834/0623

positives Potential aufweist, so wird über die Leitung 15 und die Diode 26 der Kondensator 27 aufgeladen. Es sei darauf verwiesen, daß der Kondensator 35 über den veränderlichen Widerstand 33 , die Leitung 34 und die Leitung 20 an die Basis 21 des Transistors 22 angeschlossen ist, wodurch eine den Transistor 22 sperrende Vorspannung solange anliegt., wie die Basis 21 keine Spannung zugeführt erhält, die ausreichend ist_r die von dem Kondenscitor 35 gelieferte negative Vorspannung zu überwinden. Der Pegel der über den Widerstand 33 zugeführten Spannung gibt die Empfindlichkeit des Systems vor. Hierdurch wird eine Funktion vorgegeben, die im Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Systems von Bedeutung ist.

An die Leitung 15 ist eine weitere Diode 40 angeschlossen, die über eine Leitung 41 und eine Zenerdiode 42 sowie einen Widerstand 43 mit der Masseschiene 28 verbunden ist. Es liegt auf der Hand, daß immer dann, wenn die Leitung 15 ein positives Potential im Hinblick auf die Masseschiene 28 annimmt, ein Strom in der Leitung 41 fließt, der über die Zenerdiode 42 und die Parallelschaltung des Widerstandes 43 mit dem Kondensator 44 eine verzögerte Spannung liefert. An den gemeinsamen Verbindungspunkt von Widerstand 43 und Kondensator 44 sind Eingänge 46 und 47 eines NAND-Gatters 48 angeschlossen. Dieses Gatter bildet einen invertierenden Verstärker. Der Ausgang 50 des NAND-Gatters 48 ist an eine Leitung 51 angeschlossen. Da die Eingänge 46 und 47 des NAND-Gatters 48 miteinander verbunden sind, weist das NAND-Gatter 48 an seinem Ausgang 50 kein Signal auf, wenn eine Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt 45 beider Eingänge 46 und 47 anliegt. Umgekehrt gibt das NAND-Gatter 48 ein Signal am Ausgang 50 aus, wenn an dem gemeinsamen Schaltungspunkt 45 eine Spannung fehlt. Dem Vorliegen einer Spannung wird der Wert "1" zugeordnet und die Abwesenheit irgendeiner Ausgangsspannung ist mit dem Wert "0" gleichbedeutend. Diese Vereinbarung entspricht einer konventionellen digitalen Logik. Daher wird in der restlichen Be-

Schreibung dem Vorliegen einer digitalen Spannung der Wert "1" und der Abwesenheit'einer digitalen Spannung der Wert "O" zugeordnet. Es sei darauf verwiesen, daß eine negative Logik durch das vorliegende System ebenfalls verwendet werden kann, ohne daß hierbei von dem Erfindungsgedanksn abgewichen wird.

Das vorliegende Sustands-Steuersystem umfaßt ferner eine Verriegelungseinrichtung 52. Die Verriegelungseinrichtung 52 besteht aus einem Paar von NAND-Gattern 53 und 54 und stellt tatsächlich einen Flip-Flop-Schaltkreis aus einem Paar von über Kreuz gekoppelten NAND-Gattern 53 und 54 dar. Diese Art von Verriegelungseinrichtung wird als S/R-Verriegelungseinrichtung 52 bezeichnet und soll in näheren Einzelheiten in Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben werden. Augenblicklich genügt es anzugeben, daß die S/R-Verriegelungseinrichtung 52 einen Setzeingang 55 aufweist, der an den gemeinsamen Schaltungspunkt von Widerstand 23 und Transistor 22 angeschlossen ist. Die Leitung 55 bildet einen Eingang der S/R-Verriegelungseinrichtung 52. Die S/R-Verriegelungseinrichtung 52 besitzt einen weiteren Eingang 56, der normalerweise als Rückstelleingang bezeichnet wird. Der Eingang 56 ist an die Leitung 51 angeschlossen. Im Gegensatz zu dem Rückstelleingang 56 bildet der Eingang 55 den Setzeingang der S/R-Verriegelungseinrichtung 52. Der Ausgang 57 der S/R-Verriegelungseinrichtung 52 ist über einen Widerstand 60 an die Basis 61 eines Transistors 62 angeschlossen, der Teil einer Ausgangs-Schalteinrichtung 63 bildet. Die Ausgangs-Schalteinrichtung 63 umfaßt ein herkömmliches Relais 64, dem eine Freilaufdiode 65 parallelgeschaltet ist. Der Transistor 62 besitzt in seinem Emitterkreis eine Diode 66, die an die Masseschiene 2 8 angeschlossen ist und der Vorspannung des Transistors dient. Die Leitung 25 liefert die Betriebsspannung für die Ausgangs-Schalteinrichtung 63, wobei diese über das Relais 64 an den Transistor 62 angelegt wird. Die Ausgangs-Schalteinrichtung wird gesteuert, um in Abhängigkeit von dem von der Fühleinrichtung 17 gefühlten Zustand eine nichtdargestellte Last zu schalten.

809834/0623

Bevor die Wirkungsweise des Schaltkreises gemäß Fig. 1 beschrieben wird, sei eine Beschreibung der S/R-Verriegelungseinrichtung 52 zusammen mit ihrer Wahrheitstabelle anhand von Fig. 2 gegeben. Eine vereinfachte Form der Wahrheitstabelle und einiger Zustände, wie sie in dem Schaltkreis gemäß Fig. 1 vorliegen, wird im Zusammenhang mit Fig. 3 angegeben. Nach einer Betrachtung der Fig. 2 und 3 ist die Wirkungsweise des Zustands-Steuersystems gemäß Fig. 1 leicht verständlich.

Gemäß Fig. 2 besteht die S/R-Verriegelungseinrichtung 52 aus dem NAND-Gatter 53 und dem NAND-Gatter 54, die über Kreuz miteinander verbunden sind, um einen Flip-Flop-Schaltkreis zu bilden- Der Eingang 55 stellt den Setzeingang, der Eingang 56 den Rückstelleingang und der Ausgang 57 den aktiven Ausgang dar. Ein zweiter Eingang B des NAND-Gatters 53 ist über eine Leitung 66 mit dem Ausgang Q des NAND-Gatters 54 verbunden. Das NAHD-Gatter 54 besitzt ebenfalls einen weiteren Eingang C, der über eine Leitung 67 mit dem Ausgang Q der S/R-Verriegelungseinrichtung verbunden ist.

Neben der detaillierten Darstellung der S/R-Verriegelungsein~ richtung 52 ist eine übliche Wahrheitstabelle dargestellt, durch die Digitalsignale an den Schaltungspunkten Setzen, Rückstellen , B, C, Q und Q veranschaulicht sind. Die Wahrheitstabelle des S/R-Flip-Flops zeigt an, daß fünf mögliche Zustände existieren können. Die ersten drei Zustände bilden Zustände, die leicht definiert werden können, während die vierten und fünften Zustände unbestimmt sind. Die unbestimmten Zustände können als Speicherzustand der Einrichtung betrachtet werden, und die Einrichtung kehrt in jedem Fall wie durch die Klammern angedeutet - in den Zustand zurück, den die Einrichtung aufwies, bevor die unbestimmten Zustände aufgetreten sind. Die Wahrheitstabelle und die Darstellung gemäß Fig. 2 sind an den Spezialfall der in Fig. 1 betrachteten Einrichtung angepaßt.

809834/0623

In Fig. 3 wurde der zu Fig. 1 gehörende Spezialfall in einer vereinfachten Form dargestellt. In Fig. 3 wurde ein Betrieb des Systems gemäß Fig. 1 mit einer an das Zustands-Steuersystem angelegten Wechselspannung angenommen. Die S/R-Verriegelungseinrichtung 52 ist so gewählt worden, daß der Rückstelleingang 56 immer dann den Wert "O" aufweist, wenn die zugeführte Spannung positiv ist. Bei einer negativen dem System zugeführten Spannung, das heißt, wenn die Leitung 15 gemäß Fig. 1 in bezug auf die Masseschiene 28 negativ ist, wird dem Rückstelleingang 56 der Wert "1" zugeführt. Zum gleichen Zeitpunkt wird beim Vorliegen des abgefühlten Zustandes dem Setzeingang 55 der Wert ¹¹O" zugeführt. "Wenn der abgefühlte Zustand nicht vorliegt, so liegt an dem Setzeingang 55 der Wert "1" vor. Da der Transistor 22 gemäß Fig. 1 an dem Kondensator 35 negativ vorgespannt ist, kann er niemals leitend werden, wenn die dem System zugeführte Spannung auf der Leitung 15 im Hinblick auf die Masseschiene 28 negativ ist. Infolgedessen ist der Zustand der Wahrheitstabelle, bei der der Setzeingang den Wert "O" und der Rückstelleingang den Wert "1" aufweist, ohne Bedeutung. Unter Beachtung dieses Umstandes vereinfacht sich die Wahrheitstabelle auf drei mögliche Zustände. Der erste Zustand liegt vor, wenn sowohl der Setz- als auch der Rückstelleingang den Wert "0" aufweisen und der Ausgang Q den Wert "1" besitzt. Der zweite Zustand liegt vor, wenn der Setzeingang den Wert "1" und der Rückstelleingang den Wert "0" aufweist | was am Ausgang Q den Wert "0" ergibt. Der dritte Zustand, bei dem sowohl der Setzeingang als auch der Rückstelleingang den Wert ⁿ1" aufweisen, bildet einen Speicherzustand, aus dem die Logik auf den zuvor eingenommenen Zustand zurückkehrt.

809834/0623

Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 1 besteht der einfachste Weg darin, die Zustands--Fühleinrichtung 17 als einen Boiler-Wasserfühler zu betrachten. In diesem Fall besitzt die Zustands-Fühleinrichtung 17 entweder einen sehr hohen Widerstandswert, wenn kein Wasser vorliegt, oder einen sehr niedrigen Widerstandswert, wenn Wasser im Boiler vorhanden ist. Wenn kein Wasser vorliegt, so wird das System als betriebsunsicher angesehen, während das System als betriebssicher angesehen wird, wenn Wasser im Boiler vorhanden ist und die Zustands-Fühleinrichtung 17 einen niedrigen Widerstandswert aufweist. Das Relais 64 soll ferner nur erregt werden, wenn die Zustands-Fühleinrichtung 17 anzeigt, daß Wasser vorhanden ist, da das Relais 14 an ein Brenner-Steuersystem zwecks Betätigung eines Brenners angeschlossen ist. Bei der folgenden Erörterung sei ein relativ niedriger Widerstandswert für das Element 17 und die Erregung des Relais 64 dem betriebssicheren Normalzustand des Systems zugeordnet .

Wenn dem System Energie zugeführt wird und Wasser vorliegt, so liefert die Zustands-Fühleinrichtung 17 einen sehr niedrigen Widerstand zwischen der Leitung 15 und der Basis 21 des Transistors 22. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Kondensator 35 auf einen bestimmten Wert aufgeladen und liefert eine negative gleichgerichtete Vorspannung an die Basis 21. Die Zuführung der positiven Halbwelle der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 14 ruft einen Strom über den Widerstand 16, und den Fühler 17 in die Basis 21 des Transistors 22 hervor, wodurch dieser eingeschaltet wird. Durch die Einschaltung des Transistors 22 wird der Setzeingang 55 auf das Potential der Masseschiene 28 heruntergezogen, wodurch der Wert "O" an dem Setzeingang anliegt. Zur gleichen Zeit wird ein positives Potential über die Diode 40, die Leitung 41 und die Zenerdiode 42 den parallel verbundenen Eingängen 46 und 47 des NAND-Gatters 48 zugeführt. Bei Zuführung eines Potentials an den Eingängen 46 und

809834/3623

47 ergibt sich kein Potential am Ausgang 50 des NAND-Gatters 48 und die Leitung 51 weist demnach den Wert "O" auf. Dieser Wert "O" wird dem Rückstelleingang 56 der S/R-Verriegelungseinrichtung 52 zugeführt* Gemäß der Wahrheitstabelle in Fig. 3 liegt auf dor Hand, daß bei einem Wert "O" an dem Setz- und Rückstelleingang der Ausgang 57 den Wert "1" auf v/eist. Der Wert "1" liefert über den Widerstand 60 ein Ansteuerpotential an die Basis 61 des Transistors 62, wodurch dieser durchgeschaltet wird und das Relais 64 betätigt. Bei Betätigung des Relais 6 4 wird die nicht dargestellte zugeordnete Brennerausrüstung betätigt, wodurch dem Boiler Hitze zugeführt wird.

Bei der nächsten Halbwelle der zugeführten Wechselspannung befindet sich die Leitung 15 im Hinblick auf die Masseschiene 28 auf negativem Potential. Der Transistor 22 wird durch die Spannung des Kondensators 35 gesperrt, wodurch an den Setzeingang 55 eine hohe Spannung bzw. der Wert "1" geliefert wird. Zum gleichen Zeitpunkt wird über die Diode 40, die Leitung 41 und die Zenerdiode 42 keine Spannung zugeführt, so daß die Eingänge 46 und 47 des NAND-Gatters 48 kein Potential zugeführt erhalten. Bei fehlendem Potential an den Eingängen 46 und 47 des NAND-Gatters 48 weist dessen Ausgang 50 den Wert "1" auf. Dieser Wert "1" wird dem Rückstelleingang 56 zugeführt. Die Wahrheitstabelle gemäß Fig. 3 zeigt, daß beim Vorliegen des Wertes "1" sowohl an dem Setz- als auch an dem Rückstelleingang 55 bzw. 56 die Einrichtung den Wert speichert, den sie zuvor innehatte. Es ist somit ersichtlich, daß bei vorhandenem Wasser bzw. bei einem niedrigen Widerstandswert des Fühlers 17 das System das Relais 64 der Schalteinrichtung 63 betätigt und zu einem sicheren Betrieb führt. Wenn der Zustand vorliegt, bei dem die Fühleinrichtung 17 kein Wasser fühlt, so nimmt der Widerstand des Fühlers 17 einen sehr hohen Wert ein, der einer Schaltkreisunterbrechung nahe kommt.

8 0 9 Q 3 4/

Wenn unter diesen Umständen die Spannung auf der Leitung 15 einen positiven Wert im Hinblick auf die Massesciiiene 28 einnimmt, so hält die von dem Kondensator 35 gelieferte negative Vorspannung den Transistor 22 weiterhin gesperrt. Infolgedessen liegt an dem Setzeingang 55 weiterhin eine hohe Spannung bzw. der Wert "1" vor. Zur gleichen Zeit wird über die Diode 40, die Leitung 41 und die Zenerdiode 42 den Eingängen 46 und 47 eine Spannung zugeführt, wodurch sich am Ausgang des NAND-Gatters 48 der Wert "O" ergibt. Der Wert "O" wird dem Rückstelleingang 56 des S/R-Flip-Flops 52 zugeführt. Gemäß der Wahrheitstabelle in Fig. 3 ergibt sich am Ausgang Q des Flip-Flops 52 der Wert "0", wenn dem Setzeingang 55 der Wert "1" und dem Rückstelleingang 56 der Wert "0" zugeführt wird. Bei fehlendem Signal am Ausgang 57 des Flip-Flops 52 wird der Transistor 62 nicht angesteuert und das Relais 64 bleibt entregt.

Bei der entgegengesetzten Halbwelle der Wechselspannung bleibt der Transistor 22 erneut gesperrt, und es wird dem Setzeingang 55 der Wert "1" zugeführt. Zum gleichen Zeitpunkt gelangt an beide Eingänge 46 und 47 des NAND-Gatters 48 eine Spannung, so daß der Ausgang 55 dieses Gatters den Wert "1" abgibt. Wie aus der Wahrheitstabelle ersichtlich, führt das Vorliegen des Wertes "1" sowohl an dem Setz- als auch an dem Rückstelleingang wieder zu einem Speicherzustand und das Relais 64 der Ausgangs-Schalteinrichtung 63 bleibt unbetätigt.

Aus Vorstehendem wird ersichtlich, daß die digitale Logik immer dann die Erregung der Ausgangs-Schalteinrichtung 63 in einer betriebssicheren Weise bewirkt, wenn die Zustands-Fühleinrichtung 17 das Vorliegen des gesuchten Zustandes fühlt. Bei Abwesenheit des zu fühlenden Zustandes bewirkt die digitale Logik die Entregung der Ausgangs-Schalteinrichtung 63 und des Relais 64. Im Falle einer logischen Zustandsänderung aufgrund der Natur der Wechselspannungsquelle speichert die

809834/0623

digitale Logik den vorangegangenen Zustand. Alle möglichen Zustände führen somit zu einem sicheren Betrieb des Systems.

Gemäß Fig. 1 wurde die Logiksignal-Erzeugungseinrichtung in Form des NAND-Gatters 48 zyklisch und periodisch synchron mit der an das System angelegten Wechselspannung umgeschaltet. Dies führt dort zu einem sehr einfachen und sehr schnellwirkenden System, wo diese Art von Ansprechempfindlichkeit gefordert ist. In manchen Systemen kann eine Verzögerung beim Betrieb des Systems wünschenswert sein, um Umschaltprobleme usw. zu vermeiden.

In Fig. 4 ist ein System dargestellt, das dort, wo eine Verzögerung erforderlich ist, eine Verzögerung beim Betrieb des Systems vorsieht. Der größte Teil des dort dargestellten Systems ist identisch mit dem System gemäß Fig. 1, mit Ausnahme der Ausbildung der Logiksignal-Erzeugungseinrichtung, die der Rückstellung der S/R-Verriegelungseinrichtung 52 dient. Für übereinstimmende Elemente wurden übereinstimmende Bezugsziffern verwendet und nur der zusätzliche Teil des Schaltkreises, hinsichtlich dessen die Modifikation vorgenommen wurde, sei an dieser Stelle beschrieben.

Das NAND-Gatter 48 wird durch eine digitale Zeitgebereinrichtung 70 ersetzt. Die digitale Zeitgebereinrichtung 70 kann aus herkömmlichen, handelsüblich erhältlichen digitalen Komponenten aufgebaut sein. Die digitale Zeitgebereinrichtung wird über Leitungen 71 und 72 an die Betriebsspannung gelegt, wobei die Leitung 72 mit der Masseschiene 28'verbunden ist. Die Spannung auf der Leitung 71 wird über die zuvor erwähnten Dioden 19 und 29 gebildet, die an den Widerstand 24 und die Leitung 25 angeschlossen sind, wobei die Leitung 25 ihrerseits an den Speicherkondensator 27 angeschlossen ist. Die von der Diode 29 abgenommene Spannung wird erneut zur Ansteuerung der S/R-Verriegelungseinrichtung 52 benutzt, wie dies auch gemäß Fig. 1 geschah.

809834/0823

Die digitale Zeitgebereinrichtung 70 stellt einen freischwingenden Zeitgeber dar, itiiü einem Zeitgeberwiderstand 69 und einem Kondensator 74, wobei der gemeinsame Schaltungspunkt 73 von Widerstand 69 und Kondensator 74 über eine Klemmdiode 76 und eine Leitung 77 an den Transistor 22 angeschlossen ist. Der Trnsistor 22 bezweckt die Lieferung eines Setzimpulses am Setzeingang 55 und die Entladung des Kondensators 74 auf das Massepotential im leitenden Zustand des Transistors 22. Die digitale Zeitgebereinrichtung 70 liefert einen Ruckste11impuls auf der Leitung 75, wenn dem Kondensator 74 die Aufladung gestattet wird. Die digitale Zeitgebereinrichtung 70 kann so ausgelegt sein, daß sie eine ¹¹O"-"1"-Ausgangsfolge in irgendeinem geeigneten Zeitintervall liefert. In einem Boiler-Wasserpegel-Abfühlsystem kann üblicherweise eine Verzögerung von fünf Sekungen durch die Verwendung der digitalen Zeitgebereinrichtung 70 vorgegeben werden, um das unbeabsichtigte Abschalten der Brennerausrüstung über die Ausgangs-Schalteinrichtung 63 zu verhindern, wenn der Wasserpegel momentan unter das Ende des Wasser-Fühltasters abfällt. Irgendwelche anderen Umschaltvorgänge des Systems werden ebenfalls verzögert, so daß die Brennerausrüstung nicht unnötigerweise ein- und ausgeschaltet wird. Wie ersichtlich, arbeitet der Schaltkreis gemäß Fig. 4 im wesentlichen gleich wie der Schaltkreis gemäß Fig. 1, wobei lediglich eine Verzögerung beim Anlegen des Rückstellimpulses am Rückstelleingang 56 herbeigeführt wird.

In beiden Schaltkreisen gemäß den Fig. 1 und 4 wurde die Zu-stands-FÜhleinrichtung 17 als ein veränderlicher Widerstand beschrieben/ der einem Boilerwasser- oder Flüssigkeitspegel-Taster entspricht. Wenn der betriebssichere Taster gemäß der eingangs erwähnten Dt-OS 26 43 522 verwendet wird, so ersetzt die Zustands-Fühleinrichtung 17 das Tastelement und seine Masseanschlüsse durch die beiden Enden der Zustands-Fühleinrichtung 17. Die Schaltkreismasse 28 kann an einen Schutzring

809834/0623

der Tastereinrichtung angeschlossen werden. Dies führt zu dem Dreipunktanschluß, der für den eigensicheren Typ des Flüssigkeitspegeltasters der zuvor erwähnten Anmeldung erforderlich ist. Die Installierung dieses Typs von Flüssigkeitspegeltaster in dem vorliegenden System führt zu einem eigensicheren Flüssigkeitspegel-Fühlsystem zusammen mit den Vorteilen des vorliegenden digitalen Zustands-Steuersystems. Das gesamte System kann leicht durch eine herkömmliche Wechselspannungsquelle gespeist v/erden, ohne daß die komplexen und teuren Verstärker und elektronischen Einrichtungen vom Gleichspannungstyp erforderlich sind.

In Fig. 5 ist ein sehr einfaches Beispiel eines Boilerwassertasters dargestellt. Der Taster gemäß Fig. 5 stellt ganz allgemein die Zustands-Fühleinrichtung 17 dar und besitzt eine Leitung 80, die über einen Isolator 81 in einen Boiler 82 geführt ist, wobei der Boiler 82 bei 83 mit Systemerde geerdet ist, die von der Schaltkreismasse 28 unabhängig ist. In dem Boiler 82 befindet sich Wasser 84 in Kontakt mit dem Leiter 80, wenn sich dieser durch den Isolator 81 erstreckt. Der Leiter 80 ist an den Widerstand 16 gemäß den Fig. 1 bzw. 4 anzuschließen und die Leitung 83 ist in gleicher Weise an die Leitung 20 gemäß den Fig. 1 und 7 anzuschließen. Solange sich das Wasser 84 in dem Boiler 82 in Kontakt mit dem Leiter 80 befindet, liegt ein relativ niedriger Widerstandswert hinsichtlich der Zustands-Fühleinrichtung 17 vor. Wenn das Wasser 84 in dem Boiler 82 unter das Ende des Leiters 80 abfällt, so liegt ein relativ hoher Widerstandswert vor, der sich dem Wert "Unendlich" nähert. Dieser hohe Wert des Widerstandes zeigt die Abwesenheit von Wasser in dem Boiler 82 an.

809834/0623

28Ü6065

Obgleich die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer Wasserstands-Fühleinrichtung in einem Boiler mit Flammenüberwachung beschrieben wurde, kann das vorliegende Zustands-Steuersystem bei irgendeinem Systemtyp Verwendung finden, bei dem die Zustands-Fühleinrichtung 17 einen relativ großen Schwankungsbereich des Widerstandswertes aufweist, um auf diese Weise die Ein- und Ausschaltung des Transistors 22 genau steuern zu können» i?ie aus den Fig. 1 und 4 hex'vorgeht, können verschiedene Arten von digitaler Logik Verwendung finden. Die spezielle S/R-Verriegelungseinrichtung, wie sie dargestellt und beschrieben wurde, bildet nur einen Typ von Verriegelungseinrichtung, der zur Verwirklichung der digitalen Logik verwendet werden kann. Insgesamt sind mannigfaltige Kombinationen im Hinblick auf die Anordnungen von Schaltungseinzelheiten möglich, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen.

809834/0623

Leerseite

Claims

HONEYWELL INC. Honeywell Plaza Minneapolis, Minn., USA . 5006086 Ge, Sz %ustands~Steuersystem Patentansprüche:

1. Zustands-ßteuersystem, gekennzeichnet durch einen an ein Zusbands-Fühlelement (17) angeschlossenen und von einer Wechselspannungsquelle (14) gespeisten Verstärker (22), der über Schaltungsglieder (32,35,36) durch eine gleichgerichtete Größe vorgespannt ist und mit seinem Ausgang an einen ersten Eingang (55) einer S/R-Verriegelungseinrichtung (52) angeschlossen ist, durch eine Logiksignal-Erzeugungseinrichtung (48) zur periodischen Zuführung eines Logiksignales zu einem zweiten Eingang (56) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) und durch eine Ausgangs-Schalteinrichtung (63), die an den Ausgang (57) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) angeschlossen ist und betätigt wird, wenn an beiden Eingängen der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) Logiksignale anliegen, die dem Vorliegen eines ausgewählten Zustandspegels entsprechen .

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Logiksignal-Erzeugungseinrichtung (48) synchron von der Wechselspannungsquelle betätigt wird, so daß das Logiksignal periodisch bei jedem Zyklus der Wechselspannung der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) zugeführt wird.

3. Sy fitem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs-Schalteinrichtung (63) einen durch den Ausgang (57) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) betätigten Kalbleiterschalter (62) aufweist.

4. System nach Anspruch 3_fdad\xrch gekennzeichnet/ dciß die S/R-Verriegelungseinrichtung aus einem Flip-Flop—Schaltkreis (52) mit zwei über Kreuz gekoppelten NAND-Gattern (53,54) besteht.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logiksignal-Erzeugungseinrichtung aus einem NAND-Gatter (48) mit zwei miteinander verbundenen und über Dioden (40,42) von der Wechselspannungsquelle (14) angesteuerten Eingängen (46,47) besteht, dessen Ausgang (50) auf den zweiten Eingang (56) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) geführt ist.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangs-Schalteinrichtung (63) einen durch den Ausgang (57) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) betätigten Halbleiterschalter (62) und ein Relais (64) aufweist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Zustands—Fühlelement einen veränderlichen Widerstand (17) aufweist, der in Abhängigkeit vom Vorliegen oder der Abwesenheit des gefühlten Zustandes abrupt seinen Widerstand zwischen einem niedrigen und einem hohen Wert ändert.

809834/0623

8. System nach Anspruch 7, dadiirch gekennzeichnet, daß der Verstärker (22) einen Transistor (2T) aufweist, der mit seiner Basis an den veränderlichen Widerstand (17) eingeschlossen ist und bei niedrigem Viert des Widerstandes (17) betätigt wird.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet _t daß der veränderliche Widerstand (17) ein Wasserpegel-Fühler ist, der einen niedrigen Widerstandswert beim Kontakt mit Wasser und einen hohen Widerstandswert bei fehlendem Kontakt lait Wasser aufweist.

10, System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Logiksignal-Erzeugungseinrichtung einen Zeitgeber (70) aufweist, wodurch das an dem zweiten Eingang (56) der S/R-Verriegelungseinrichtung (52) erzeugte Logiksignal unabhängig von der Frequenz der Wechselspannungsquelle (14) erzeugt wird.