DE3145162A1 - Verfahren zur messung und ueberwachung der drehzahl von schnellaufenden maschinen - Google Patents

Verfahren zur messung und ueberwachung der drehzahl von schnellaufenden maschinen

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DE3145162A1 DE19813145162 DE3145162A DE3145162A1 DE 3145162 A1 DE3145162 A1 DE 3145162A1 DE 19813145162 DE19813145162 DE 19813145162 DE 3145162 A DE3145162 A DE 3145162A DE 3145162 A1 DE3145162 A1 DE 3145162A1
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication

Description

KT 80/05 10.11.81
Bo/Ps
AEG-KANIS TURBINENFABRIK GmbH Frankenstr. 70-80
8500 Nürnberg
Verfahren zur Messung und Überwachung
der Drehzahl von schnellaufenden Maschinen
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Messung und Überwachung von Drehzahlen gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Eine ständige, zuverlässige Überwachung von Drehzahlen rotierender Maschinen und die Anzeige von Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten in Umdrehungen pro Min. ist von erheblicher Bedeutung für die Regelung solcher Maschinen.
Um drehzahlproportionale- Signale für diesen Zweck auszunutzen, sind Geber auf magnetischer oder optischer Basis bekannt, die den Vorbeilauf besonderer an der Maschinenwelle angebrachter Bezugsmarken registrieren. So besteht ein häufig angewandtes System darin, daß eine auf der Maschinenwelle befestigte Zahnscheibe gleichmäßig auf den Umfang verteilte Zähne aufweist, denen gegenüberliegend beispielsweise induktive Geber angeordnet sind, die den Vorbeilauf eines Zahnes in einem Spannungsimpuls umsetzen.
Für die Auswertung derartiger Impulse ist aus der DE-PS 12 23 179 eine Drehzahlmaßvorrichtung bekannt geworden, die mit einem einen Taktgeber steuernden Sollfrequenzgeber und einem der Istdrehzahl proportionale Impulsfrequenzen liefernden Frequenzabnehmer jeweils auf ein Impulszählwerk gegeben, arbeitet. Abgesehen davon, daß mit dieser Anordnung keine Drehzahlen in Umdrehungen pro Min. angezeigt werden, entspricht eine einkanalige Schaltung nicht den heutigen Anforderungen an die Genauigkeit der Messungen für eine anschließende Auswertung in Regelungsvorrichtungen.
3U5162
KT 80/05 10.11.81
Bo/Ps
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erläuterten Gattung derart weiterzuentwickeln, daß aus Impulsfolgen, deren Frequenzen der Drehzahl proportional sind, mit großer Sicherheit gegen Störungen der Drehzahlerfassungseinrichtungen eine für die unmittelbare Anzeige in Umdrehungen pro Min. geeignete Größe abgeleitet wird.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Ein Vorteil besteht darin, daß bei Ausfall eines der Impulsgeber die Drehzahl noch bestimmt werden kann. Es lassen sich deshalb insbesondere Maschinen überwachen, bei denen aus Sicherheitsgründen der Drehzahlwert ständig vorliegen muß. Dies ist beispielsweise bei Turbinenregelungen der Fall, da die Turbinen, sofern sie als Antriebsmaschinen für Turbogeneratoren dienen, stets synchron mit dem Versorgungsnetz betrieben werden müssen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß drei Impulsgeber von einer mit der Maschinenwelle verbundenen Zahnscheibe betätigbar und längs deren Umfang in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Impulsgeber jeweils mit einem Steuereingang einer der Zähleinrichtungen verbunden sind und deren Zählereingang an den Ausgang des Oszillators angeschlossen ist. Die Ausgänge der Zähleinrichtungen sind weiterhin an einer Einrichtung zur Bildung des Reziprokwertes der Zählerinhalte angeschlossen.
Zwei Impulsgeber reichen in der Mehrzahl der Fälle aus, um eine gegen Ausfall eines Impulsgebers sichere Drehzahlerfassung zu ermöglichen. Mit dieser Anordnung lassen sich in einfacher Weise die der jeweiligen Drehzahl proportionalen Fehlwerte erhalten und anschließend in den Umdrehungen pro Min. angebenden Wert umwandeln.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das vom Oszillator getaktete Schieberegister mit einem Ausgang an eine bistabile Kippstufe gelegt ist, deren Ausgang an den Freigabeeingang der vom Oszillator getakteten Zähleinrichtung angeschlossen ist. Ein zweiter Ausgang des Schieberegisters ist mit dem Löscheingang der Zähleinrichtung verbunden, wobei der Übertragsausgang der Zähleinrichtung über ein ODER-Glied, dessen zweiter Eingang von einem dritten Ausgang des Schieberegisters beaufschlagt ist an den Rücksitzeingang der bistabilen Kippstufe angeschlossen ist. Ein vierter Ausgang des Schieberegisters ist mit den Freigabeeingängen von Zwischenspeichern verbunden, deren Eingänge an den Ausgang der jeweiligen Zähleinrichtung angeschlossen sind.
Bei dieser Anordnung lassen sich Binärzähler für das Aufsummieren der vom Oszillator während der benachbarten Impulse des Impulsgebers erzeugten Taktimpulse verwenden. Das Schieberegister bildet ein einfaches und zuverlässiges Leitwerk für die Steuerung des Einlesens der Impulse und des Auslesens der Zählerinhalte.
Bei einer weiteren günstigen Ausfuhrungsform ist vorgesehen, daß die in dem Schieberegister enthaltenen drehzahlabhangigen Augenblickswerte der aufeinanderfolgenden Takte in nachgeschalteten Speichern kurzzeitig festgehalten werden, die an die Einrichtung zur Bildung des Reziprokwertes vom jeweiligen Zählerinhalt bestehend aus ODER-Glieder und D/A-Wandler angeschlossen sind und deren Ausgänge in einem Summierverstärker zusammengeschaltet sind, mit dem ein weiterer Verstärker verbunden ist, der zur Quotientenbildung der Eingangssignale eine Rückführung mit einem Multiplikator enthält.
Die Zählerinhalte werden zwischengespeichert und während der Dauer der Speicherung in analoge Werte umgesetzt. Aus den Analogwerten der drei Zwischenspeicher wird über eine sehr einfache analoge Dividierschaltung ein analoger Wert hergestellt, der die Drehzahl pro Min. des überwachten Teils beinhaltet.
P O
Eine andere zweckmäßige Ausführungsforra besteht darin, daß die Zahl der Zwischenspeicher der Anzahl der von den Zählern parallel ausgehenden Stellen entspricht, wobei die Ausgänge der Zwischenspeicher an den Datenbus eines Mikroprozessors angeschlossen sind derart, daß die Zwischenspeicher über den Adressbus des Mikroprozessors und die Lesesteuerleitung auslesbar sind.
Bei dieser Anordnung wird die Drehzahl pro Min. digital erzeugt. Damit läßt sich eine höhere Genauigkeit erreichen.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß in einem Zwischenspeicher für ausgewählte Zählerstände eine Tabelle der zugeordneten Drehzahlwerte gespeichert ist, daß sich benachbarte Zählerstände der ausgewählten Drehzahlsollwerte um gleiche Äbstandswerte unterscheiden, daß die Zählerstände die Adressen für die Speicherzellen mit den zugeordneten Drehzahlwerten sind, daß die den Zählerständen nach Ablauf eines Meßzyklus zugeordneten Speicherzellen auslesbar und zwischenspeicherbar sind. Die Zählerstände werden daraufhin geprüft, ob ihnen ein gespeicherter Drehzahlwert entspricht, wobei bei positivem Ergebnis der zwischengespeicherte Wert als Drehzahl ausgebbar ist, während bei negativem Ergebnis die in der Tabelle folgende Adresse auslesbar und deren Inhalt mit dem zwischengespeicherten Wert interpolierbar ist.
Mit dieser Anordnung kann der digitale Drehzahlwert in Umdrehungen pro Min. sehr schnell gebildet werden„ Daher können auch Maschinen mit sehr hohen Drehzahlen überwacht werden. Der Speicherbedarf für die Tabelle ist dabei relativ gering- Trotzdem kann der Drehzahlwert mit hoher Auflösung gewonnen werden.
Eine andere bevorzugte Äusführungsform besteht darin, daß zur Interpolation die Differenz zwischen dem zwischengespeicherten und dem Inhalt der neuadressierten Speicherzelle gebildet wird, wobei der Unterschied zwischen dem Zählerstand und dem Inhalt der Speicherzelle mit der Differenz multipliziert wird. Das Produkt wird vom Inhalt der erstadressierten Speicherzelle subtrahiert.
Die Interpolation läuft hierbei in sehr kurzer Zeit ab. Damit ist es möglich, den Speicherbedarf für die Tabellenwerte zu reduzieren, da häufiger interpoliert werden kann.
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht auch darin, daß die Differenz aus den beiden Bytes des zwischengespeicherten und des neuadressierten Drehzahlwertes mit dem niedrigwertigen Byte der Adresse multipliziert wird und anschließend das Produkt auf eine ganze Byte auf- oder abgerundet wird und das Ergebnis vom höherwertigen Byte abgezogen wird.
Mit dieser Maßnahme wird der Interpolieraufwand bei Mikroprozessoren mit 8 bit Datenbreite auf ein Minimum reduziert. Durch die rasche Interpolation ist es vielfach überhaupt erst möglich, Mikroprozessoren mit relativ geringer Zykluszeit für die Drehzahlbestimmung bei dem notwendigen hohen Auflösungsvermögen zu verwenden.
Zweckmäßigerweise ist dem Impuls jedes Impulsgebers eine unterschiedliche Kennung zugeordnet, wobei die Impulse einer Überwachungseinrichtung zugeführt werden, die erstens das Ausbleiben der Impulse eines Impulsgebers selektiv anzeigt und die zweitens aus der Reihenfolge der ankommenden Impulse die Drehrichtung der zu überwachenden Maschine angibt. Diese Anordnung zeigt den Ausfall eines Impulsgebers sofort an. Es ist dabei zugleich erkennbar, um welchen Impulsgeber es sich handelt. Es können sofort Maßnahmen zur Störbehebung eingeleitet werden, ohne daß die laufende Meßwerterfassung unterbrochen wird. Die Sicherheit der Erfassung wird dadurch erheblich verbessert.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Meß- und Überwachungsverfahrens nach der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Bestimmung der Drehzahl in Umdrehungen pro Min. aus der Drehzahl proportionalen Impulsen,
« β
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Fig. 2 ein Zeitdiagramm des zeitlichen Verlaufs der von den für die Drehzahlerfassung vorgesehenen Impulsgebern erzeugten Ausgangsimpulse,
Fig. 3 ein Schaltbild der an den jeweiligen Impulsgeber angeschlossenen Impulsformer- und Zählschaltungen sowie das für die Steuerung des Zählvorgangs vorhandene Leitwerk,
Fig. 4 ein Schaltbild der an die Zählschaltungen nachgeschalteten Codierschaltungen und Speicher,
Fig. 5 ein Schaltbild von einer von den Zählschaltungen gemäß Fig. 4 gespeisten Anordnung zur Reziprokwerterzeugung und Mittelwertbildung.
Fig. 6 eine andere Ausführungsform einer Schaltung zur Reziprokwertbildung im Blockschaltbild,
Fig. 7 ein Schaltbild einer Anordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Impulsgeber,
Fig. 8 ein Schaltbild einer Anordnung zur Dualzahlenkennung des augenblicklich anstehenden Sondensignals, und
Fig„ 9 ein Zeitdiagramm von Signalen der Schaltung gemäß Fig.
Eine mit der Maschinenwelle verbundene Zahnscheibe 4 wird von drei Impulsgebern 1,2,3 überwacht. Die Impulsgeber sind im Abstand von der Zahnscheibe längs des Umfangs in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet, der auf die Zahnteilung abgestimmt ist. Bei den Impulsgebern kann es sich auf magnetischer oder optischer Basis arbeitende Geräte handeln, die beim Vorbeilauf eines Zahnes jeweils einen Impuls abgeben.
Die Impulsgeber sind jeweils an Steuereingänge dreier Zähler 6, 7, 8 angeschlossen, deren Zähleingänge gemeinsam mit einem Oszillator 5 verbunden sind, der Taktimpulse konstanter hoher Frequenz von z.B. 10 MHz abgibt.Die Ausgänge der Zähler sind mit Einrichtungen 18, 19, 20 zur Reziprokwertbildung verbunden, die später eingehend erläutert werden.
Weiterhin speisen die Impulsgeber die Eingänge einer Überwachungseinrichtung 9. Die drei Impulsgeber erzeugen beim Feststellen der Zähne der Zahnscheibe 4 Impulse A, die eine 2/3 Phasenverschiebung gegen die Impulse des benachbarten Impulsgebers haben.
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An jedem Impulsgeber 1, 2, 3 ist ein Schmitt-Trigger 10 angeschlossen, der eine monostabile Kippstufe 11 speist, deren Ausgang mit dem Setzeingang eines RS-Plip-Flop 12 verbunden ist. Der nichtinvertierende Ausgang des Flip-Flops 12 ist mit dem Dateneingang eines Schieberegisters 13 verbunden, dessen Takteingang an den Oszillator 5 gelegt ist. Weiterhin zweigt am nichtinvertierenden Ausgang eine Leitung zur Überwachungsschaltung 9 ab. Das Schieberegister 13 hat vier Stufen, deren Ausgänge jeweils mit dem Rücksetzeingangdes Flip-Flops 12, mit dem Leseeingang der den Zählern 6, 7, 8 nachgeschalteten Schaltung zur Bildung des Reziprokwertes 16, 17 bis 37,mit den Löscheingängen der Zähler 6, 7, 8 und den Setzeingang eines weiteren Flip-Flops 16 verbunden sind. Der nichtinvertierende Ausgang des Flip-Flops 14 speist den Freigabeeingang der Zähler 6, 7, 8, deren Takteingänge mit dem Oszillator 5 verbunden sind. Die Zählerausgänge sind mit den nachgeschalteten Einheiten zur Reziprokwertbildung verbunden. Der Übertragsausgang des Zählers ist zur Verhinderung des Zählerüberlaufs an einen Eingang eines ODER-Gliedes 15 gelegt, dessen zweiter Eingang an den ersten Ausgang des Schieberegisters 13 angeschlossen ist. Das ODER-Glied 15 speist den Löscheingang des Flip-Flops 14.
Bei jedem Zähler 6, 7, 8 handelt es sich.vorzugsweise um vier mit ihren Übertragunseingängen in Reihe geschaltete vierstellige Binärzähler. Die vier Ausgänge jedes Binärzählers sind an die Eingänge eines UND-Gliedes 17 gelegt, das einen fünften Eingang für die Beaufschlagung mit Impulsen der Impulsgeber hat. Die vier Ausgänge der UND-Glieder. 17 sind jeweils mit einem Eingang eines ODER-Gliedes 18 verbunden. Jeder ODER-Glied 18 hat drei Eingänge, die von UND-Glieder 17 verschiedener Impulsgeber beaufschlagt sind. Die Ausgänge der ODER-Glieder 18 speisen die Eingänge von Zwischenspeichern 16, die als Schieberegister ausgebildet sind. Es liegen jeweils drei Schieberegisterstufen in Reihe, wobei . sechzehn parallele Stufen vorgesehen sind. Die Taktung der Schieberegister 16 erfolgt über ein ODER-Glied 19, dessen Eingänge von den Impulsen der Impulsgeber beaufschlagt sind. Die sechzehn Ausgänge jedes Zwischenspeichers sind mit einem D/A-Wandler 20 verbunden.
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Die D/A-Wandler sind über Bewertungswiderstände an einen Summierverstärker 21 gelegt, der einen Operationsverstärker 22 mit einer Multiplizierschaltung 22a im Rückkopplungszweig speist, d.h. der Operationsverstärker 22 arbeitet als Dividierer und bildet an seinem Ausgang einen analogen Wert, der der Drehzahl in Umdrehungen pro Min. entspricht.
Die Zähler können bei einer anderen Ausführungsform auch unmittelbar vom Zwischenspeicher 37 ... bis 42 angeschlossen sein, wobei die Zwischenspeicher jeweils in Gruppen von 8 bit aufgeteilt sind. Jeweils zwei Zwischenspeichern 37, 38 bzw. 39, 40 werden die vier niedrigwertigen oder höherwertigen bit des Zählerinhalts zugeführt. Jeder Speicher ist mit seinem Adresseingang an den Adressbus 33 eines Mikroprozessors 30 angeschlossen. Zwischen dem Adreßbuch 3 3 und dem Mikroprozessor 30 ist eine Dekodierschaltung 53 angeordnet, die die Adresse in Einzelsignale umwandelt, so daß jeder Ein- bzw. Ausgangsspeicher einzeln adressiert werden kann. Die Einleseeingänge der Speicher werden von den zugehörigen Impulsgebern beaufschlagt.
Die Datenausgänge der Speicher 3 7 bis 42 sind an den Datenbus 31 des Mikroprozessors 30 angeschlossen.
Schließlich speist die Leseleitung 34 des Mikroprozessors 30 die Leseleitungen der Speicher 37 bis 42. Eine Leitung 35 ist die Schreibleitung für die Ausgangsspeicher 43, 44.
Eine Überwachungsschaltung 9 enthält eine Matrix von 9 D-Flip-Flops 23, deren D-Eingänge an die RS-Flip-Flops 12 angeschlossen sind. Getaktet werden die D-Flip-Flops 23 von den Impulsen der RS-Flip-Flops 12 der einzelnen Sonden über ein ODER-Glied.
Die Ausgänge aller D-Flip-Flops speisen eine Codierschaltung aus UND-Gliedern 24, denen ODER-Glieder 25, 26, 27, 28, 29, 19 nachgeschaltet sind. Die Speicherausgänge, die UND-Glieder 24 und die ODER-Glieder sind so miteinander verbunden, daß an den Ausgängen der ODER-Glieder der Ausfall der Impulsgeber 1, 2, 3 und die Drehrichtung angezeigt werden.
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Die Impulsgeber können auch an die Eingänge der ODER-Glieder 50, 51 angeschlossen sein, von denen jedes den D-Eingang eines D-Flip-Flops 47 bzw. 48 speist, deren Takteingänge gemeinsam an das ODER-Glied 49 angeschlossen sind, das von den Impulsen aller Impulsgeber 1, 2, 3 beaufschlagt wird, damit ist eine Impulsgeberkennung ausgebildet. Die Ausgänge der D-Flip-Flpos 47 und 48 geben die Kennung 01 für den ersten Impulsgeber, 10 für den zweiten und 11 für den dritten Impulsgeber.
Die D-Flip-Flops 4 7 und 48 sind jeweils mit einem Speicher 45 verbunden, der in gleicher Weise wie die Speicher 37 bis 42 an den Mikroprozessor 30 angeschlossen ist. Das ODER-Glied 49 speist über eine Leitung 36 den Interrupt-Eingang des Mikroprozessors 30. An den Adressbus 33, den Datenbus 31 und die Schreibleitung 35 angeschlossene Ausgabespeicher 43, 44 dienen zur Zwischenspeicherung der vom Mikroprozessor 30 bereitgestellten Drehzahlwerte in Umdrehungen pro Min. Ein weiterer ebenso wie der Speicher 43, 44 mit dem Mikroprozessor 30 verbundener Speicher 46 dient zur Zwischenspeicherung der System- und Sondenfehlermeldung bzw. Drehrichtung als 6 Hoch-Tief-Signale. ·
Die Zähler 6, 7, 8 summieren während zweier benachbarter Impulse des jeweiligen Impulsgebers die Impulse des Oszillators auf. Das Schieberegister 13 sorgt als Leitwerk dafür, daß der Zählvorgang über das Flip-Flop 14 freigegeben und nach Ablauf der Zählzeit unterbrochen wird. Anschließend wird der Zählerinhalt ausgegeben und der Zähler 6, 7, 8 gelöscht, bevor eine neue Freigabe erfolgt.
Die Zählerinhalte werden über die UND-Glieder 17 und die ODER-Glieder 18 in die Zwischenspeicher 16 eingegeben, in deren in Reihe geschaltete drei Stufen jeweils die zu drei aufeinanderfolgenden Zeitpunkte gemessenen Zählerinhalte vorhanden sind. Die Zahlerinhalte werden im Verstärker 21 gemittelt, bevor der Verstärker 20 den Reziprokwert des Mittelwertes bildet.
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In die D-Flip-Flops 23 der Überwachungseinrichtung 9 werden bei je drei aufeinanderfolgenden Impulsgebertakten 3 bit gespeichert, aus denen nach einem Schlüssel 3 Vergleichswerte gebildet werden. Wenn die Übereinstimmung mit vorgegebenen Vergleichswerten nicht vorhanden ist, erfolgt eine Störmeldung. Aus den Taktgeber impulsen wird auch noch die Drehrichtung bestimmt, wobei für die Feststellung die zeitliche Aufeinanderfolge der Impulse maßgebend ist.
Im Mikroprozessor erfolgt die Weiterverarbeitung der von den Zählern 6, 7, 8 aufsummierten Impulse. Über die Leitung 36 wird der Mikroprozessor 30 an Taktgeberimpulsen sychronisiert. Die Zählerinhalte werden in dem Speicher 3 7 bis 42 und vom Mikroprozessor 30 bedarfsweise angelesen.
Der Mikroprozessor 30 hat vorzugsweise einen 8 bit (1 Byte) breiten Datenbus und einen 16 bit (2 Byte) breiten Adressbus. Im Mikroprozessor 30 erfolgt die Kehrwertbildung einer 2 Byte-Zahl.
Bei einem Nenn-Zählerstand von 10;000, der einer Oszillatorfrequenz von 10 MHz und einer Zahnfrequenz von 1000 Hz entspricht, werden die Kehrwerte sehr klein und es müßte eine Kommastellenrechnung eingeführt werden. Es wird deshalb vorzugsweise der
Kehrwert mit 10 multipliziert. Bei Nenndrehzahl ist das Ergebnis demnach 10 = 10.000.
10.000
Die Kehrwertbildung ist durch eine Division der Zahl 10 durch den Zählerstand charakterisiert. Zweckmäßigerweise wird eine Verarbeitung im Dualsystem gewählt.
Das Verfahren nach der Erfindung basiert auf einer Kombination von fester Ergebnisabspeicherung und Verarbeitung. Anhand eines Beispiels wird es im folgenden erklärt. Die Darstellung im dualen Zahlensystem ist nicht sehr handlich. Alle Werte werden deshalb hexadezimal dargestellt. Ein Byte wird somit durch 2 Ziffern 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, ausgedrückt.
Bei einer Maschinendrehzahl von 90 % der Nenndrehzahl wird der Zähler 10 MHz = 11.111 Impulse registrieren. Dieser Wert wird
900 Hz
hexadezimal 2B 67 ausgedrückt. Das höherwertige Byte xH ist 2B, das niederwertige Byte xT ist 67.
Im Speicher z.B. an Adresse 01 00 bis 01 FF und 02 00 bis 02 FF liegen die y-Ergebnisse der ganzzahligen x-Werte und zwar die höherwertigen y-Bytes im Bereich 01 00 bis 01 FF und die nieder- . wertigen y-Bytes im Bereich 02 00 bis 02 FF. Das höherwertige Adressbyte bestimmt die Wertigkeit des y-Bytes, während das niederwertige Adressbyte das höherwertige χ-"Byte χ ist.
Im Beispiel erhält der Mikroprozessor χ = 2B 67. Mit x„ = 2B holt
er y =23 aus dem Speicher mit der Adresse 01 2B und yT = 7B
riXri —— J_iXri
aus dem Speicher mit der Adresse 02 2B. Würde der Zählerinhalt genau 2B 00 betragen, stünde der Kehrwert mit y = 23 7B schon direkt zur Verfügung. Das niederwertige x-Byte xT hat jedoch den Wert 67. Deshalb erhöht der Mikroprozessor das höherwertige x-Byte um 1 und holt aus dem Speicher unter Adresse 01 2C und 02 2C den y-Wert 22 AD, der einem x-Wert von 2C 00 entspricht. Zwischen den beiden y-Werten y „ = 23 7B und y , =22 AD wird nun mit Hilfe des niederwertigen x-Bytes interpoliert:
Der exakte Wert von y liegt zwischen y „und y „,,, also zwischen
XH Xn+1
23 7B und 22 AD. Zunächst wird die Differenz gebildet yxH = 23 7B - 22 AD = CE. Durch Multiplikation dieser Differenz mit dem niederwertigen x-Byte χ und Division mit 01 00 wird der Korrekturwert y ermittelt:
CE . 67 = 53
01 00
Übrigens wird die Division durch 01 00 durch Weglassen des niederwertigen Bytes aus dem Ergebnis der Multiplikation von CE . 67 erreicht.
Zum Schluß wird durch Subtraktion des Korrekturwertes yH = 53 vom Grobwert y = 23 713 der echte y-Wert
y = 23 7B - 53 = 23 28 ermittelt.
Der Rechenweg
1.) Subtraktion zweier 2-Byte-Zahlen 2.) Multiplikation zweier I-Byte-Zahlen 3.) Subtraktion einer 1-Byte-Zahl von einer 2-Byte-Zahl
ist beispielsweise um ein vielfaches schneller als die Division einer 4-Byte-Zahl durch ein 2-Byte-Zahl.
Die Vorabspeicherung der Grob-Ergebnisse reduziert gegenüber der Speicherung der Echtwerte den Speicherbedarf auf 512 Byte = 1/2 K-Byte, ist aber fein genug, um den Fehler durch die linearisierende Interpolation unter 1 bit zu halten.
Bei Verwendung des Mikroprozessors ist die Sondenüberwachung bzw. Drehrichtungsermittlung sehr einfach: Durch zweimaliges bitweises Verschieben eines Registers und Anfügen der Sondenkennziffer (2 Bit 01, 10, 11) in diesem Register läßt sich die Reihenfolge der letzten 3 Sonden in einem Byte darstellen. z.B.
00110110,
wobei die beiden niedrigstwertigen Bits die Sonde 2, die beiden nächsthöheren Bits die Sonde 1 und die folgenden beiden Bits die Sonde 3 kennzeichnen. Die beiden höchstwertigen Bits sind nicht benutzt.. Verwendet man dieses Byte als Adresse für einen Speicher, so könnte in diesem die folgende Dualzahl stehen
00000001,
der folgende Bedeutung zugeordnet wird: Die 1 in der niedrigstwertigen Stelle bezeichnet den Linkslauf, die nächsthöhere Stelle benennt den Rechtslauf, daran schließt sich je eine Stelle für die' Anzeige an, ob die zugeordnete Sonde 1, 2, 3 ausgefallen ist. Die dritthöchste Stelle dient zur Meldung einer Systemstörung.
Für die folgende Dualzahl
00100110,
bei der die Stellenwerte der oben angegebenen Zuordnung entsprechen, ergibt sich der nachstehende Inhalt des Speichers:
00110000,
wobei nun in der Stelle, der die Sonde 3 und das System zugeordnet sind, binäre Einsen enthalten sind. Diese signalisieren die Störung der Sonde 3 und eine Systemstörung.
Für die Reihenfolge gibt es nur 3 Möglichkeiten 1, 1, 1 3,3,3.
Somit sind nur 3 =27 Speicherplätze nötig.

Claims (21)

  1. 3H5162
    O O O
    a O 6 οο
    KT 80/05 10.11.81
    Bo/Ps
    AEG-KANIS
    Turbinenfabrik GmbH Frankenstraße 70-80 8500 Nürnberg
    Patentansprüche
    ^Verfahren zur Messung und Überwachung der Drehzahl von schnelllaufenden Maschinen, insbesondere Turbinen, mittels drehzahlabhängigen Impulsgebers, durch dessen Impuls eine Zähleinrichtung zum Zählen der Taktimpulse eines Oszillators von konstanter hoher Frequenz angesteuert wird und die Zahl dieser Taktimpulse als Bezugsgröße für die Drehzahl dient, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Impulsgeber (1, 2, 3.„„) ihre Impulse mit solchen drehwinkelabhängigen Phasenverschiebungen abgeben, daß während des Zeitraums zwischen zwei Impulsen eines Gebers die Impulse der anderen Geber gleichmäßig verteilt ankommen, daß jedem Impulsgeber eine von diesem angesteuerte Zähleinrichtung (6, 7, 8...) für die Taktfrequenz des Oszillators (5) zugeordnet wird, daß aus den Inhalten der Zähleinrichtungen der Mittelwert gebildet und daraus durch Kehrwertbildung eine der vorliegenden Drehzahl direkt proportionale, ablesbare Meßgröße gewonnen wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Impulsgeber (1, 2, 3) von einer mit der Maschinenwelle verbundenen Zahnscheibe (4) betätigbar und längs deren Umfang in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Impulsgeber jeweils mit einem Steuereingang einer der Zähleinrichtungen (6, 7, 8) verbunden sind, deren Zähleingang an den Ausgang des Oszillators (5) angeschlossen ist, und daß die Ausgänge der Zähleinrichtungen an einer Einrichtung (16, 17, 18, 19, 20„ 21, 22, 30 bis 42) zur Bildung des Reziprokwertes der Zählerinhalte angeschlossen sind.
    3o Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei impulsgeber (1, 2, 3) Impulse von jeweils 2/
  3. 3 Phasenverschiebung in bezug auf die Phasenfolge eines Impulsgebers abgeben.
    • ■ · a
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg des vom jeweiligen Impulsgeber (1, 2, 3) abgegebenen Signals in einen kurzzeitigen Nadelimpuls umgewandelt wird, der in ein serielles Schieberegister (13) zur Ansteuerung der Zähleinrichtung (6,7, 8) eingelesen wird.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung des Signals in einen kurzzeitigen Nadelimpuls mittels eines Schmitt-Triggers (10) und in einer monostabilen Kippstufe (11) erfolgt, und der Nadelimpuls über ein RS-Flip-Flop (12) dem Schieberegister (13) aufgegeben wird.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Oszillator (5) getaktete Schieberegister (13) mit einem Ausgang an eine bistabile Kippstufe (14) gelegt ist, deren Ausgang an den Freigabeeingang der vom Oszillator getakteten Zähleinrichtung (6, 7, 8) angeschlossen ist, daß ein zweiter Ausgang des Schieberegisters mit dem Löscheingang der Zähleinrichtung verbunden ist, daß der Übertragsausgang der Zähleinrichtung über ein ODER-Glied (15), dessen zweiter Eingang von einem dritten Ausgang des Schieberegisters beaufschlagt ist, an den Rücksetzeingang der bistabilen Kippstufe (14) angeschlossen ist, und daß ein vierter Ausgang des Schieberegisters mit den Freigabeeingängen von Zwischenspeichern (16, 37 bis 42) verbunden ist, deren Eingänge an den Ausgang der jeweiligen Zähleinrichtung angeschlossen sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zähleinrichtungen (6, 7, 8) enthaltenen drehzahlabhängigen Augenblickswerte der aufeinanderfolgenden Takte in nachgeschalteten Speichern (16) kurzzeitig festgehalten werden, die an die Einrichtung zur Bildung des Reziprokwertes vom jeweiligen Zählerinhalt, bestehend aus ODER-Glieder (18, 19) und D/A-Wandler (20), angeschlossen sind, und deren Ausgänge in einem Summierverstärker (21) zusammengeschaltet sind, mit dem ein weiterer Verstärker (22) verbunden ist, der zur Quotientenbildung der Eingangssignale eine Rückführung mit einem Multiplikator (22a) enthält.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zähleinrichtungen (6, 7, 8) jeweils über UND-Glieder (17) und den Zählwerten der Zähleinrichtung gemeinsame ODER-Glieder (18) an einen an die Stellenzahl angepaßten Speicher (16) angeschlossen sind, der als Schieberegister ausgebildet ist und je drei Taktstufen für die Zwischenspeicherung dreier aufeinanderfolgend gemessener Zählerinhalte aufweist, und daß die Speicherausgänge an die Eingänge der D/Ä-Wandler (20) gelegt sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Zwischenspeicher (37 bis 42) der Anzahl der von den Zählern (6, 7, 8) parallel ausgehenden Stellen entspricht, daß die Ausgänge der Zwischenspeicher an den Datenbus eines Mikroprozessors (30) angeschlossen sind, und daß die Zwischenspeicher über den Adreßbus des Mikroprozessors und die Lesesteuerleitung (34) auslesbar sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zwischenspeicher des Mikroprozessors (30) für ausgewählte Zählerstände eine Tabelle der zugeordneten Drehzahlwerte gespeichert ist, daß sich benachbarte Zählerstände der ausgewählten Zählwerte um gleiche Abstandswerte unterscheiden, daß die Zählerstände die Adressen für die Speicherzellen mit den zugeordneten Drehzahlwerten sind, daß die den Zählerständen nach Ablauf eines Meßzyklus zugeordneten Speicherzellen auslesbar und zwischenspeicherbar sind, daß die Zählerstände darauf hin geprüft werden, ob ihnen ein gespeicherter Drehzahlwert entspricht, und daß bei positivem Ergebnis der zwischengespeicherte Wert als Drehzahl ausgebbar ist, während bei negativem Ergebnis die in der Tabelle folgende Adresse auslesbar und deren Inhalt mit dem swischengespeicherten Wert interpolierbar ist.
  11. 11» Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten gespeicherten Drehzahlwerten Zwischenwerte durch lineare Interpolation feststellbar sind.
  12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Interpolation die Differenz zwischen dem zwischengespeicherten und dem Inhalt der neu adressierten Speicherzelle gebildet wird, daß der Unterschied zwischen dem Zählerstand und dem Inhalt der Speicherz-elIe mit der Differenz mul-tipliziert wird, und daß das Produkt vom Inhalt der erstadressierten Speicherzelle subtrahiert wird.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählerstände je in ein höherwertiges und ein niederwertiges Byte aufgeteilt sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß den höherwertigen und den niederwertigen Bytes des Drehzahlwertes verschiedene Adreßbereiche zugeordnet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus den beiden Bytes des zwischengespeicherten und des neu adressierten Drehzahlwertes mit dem niedrigwertigen Byte des Zählerwertes multipliziert wird, daß das Produkt auf ein ganzes Byte auf- oder abgerundet wird, und das Ergebnis vom erstadressierten Drehzahlwert abgezogen wird.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impuls jedes Impulsgebers (1, 2, 3...) eine unterschiedliche Kennung zugeordnet ist, und daß die Impulse einer Überwachungseinrichtung (9) zugeführt werden, die erstens das Ausbleiben der Impulse eines Impulsgebers selektiv anzeigt und die zweitens aus der Reihenfolge der ankommenden Impulse die Drehrichtung der zu überwachenden Maschine angibt.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung (9) aus jeweils einem jeden Impulsgeber (1, 2, 3...) zugeordneten Schieberegister (23) besteht, deren Ausgänge eine Kodierschaltung und Vergleicher speisen, die je einen Ausgang für die Drehrichtung und Ausgänge für die Anzeige aufweisen, ob die ankommenden Sondenimpulse mit der zugeordneten Kennung übereinstimmen.
    Q IMQ
    — 5 -
  18. 18.Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberegister (23) drei hintereinandergeschaltete, gemeinsam bei jedem Sondenimpuls getaktete D-Flip-Flops aufweisen, deren Ausgänge in eine die Drehrichtung und die Kennung beinhaltende Weise über UND-Glieder (24) und ODER-Glieder (25) gelegt sind, deren Ausgänge die Drehrichtung und den Sondenausfall anzeigen.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der drei RS-FiLip-Flops (12) einer Sondenkennschal tung (47, 48, 49, 50, 51) zugeführt werden, die zwei D-Flip-Flops (47, 48) zur Anzeige eines Dualzahlenwerts derjenigen Sonde, die zuletzt einen Impuls erzeugt hat, und ODER-Glieder (49) enthält, mit denen der Vorbeilauf eines Zahnes der Zahnscheibe (4) am jeweiligen Impulsgeber (1, 2, 3) angezeigt wird.
  20. 20„ Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Dualzahlenwert und die Anzeige des Vorbeilaufs in einen Mikroprozessor (30) eingegeben werden, der mit den jeweils zuvor erhaltenen beiden Dualzahlenwerten eine Adresse bildet, die einem Speicher zugeordnet ist, in dem die Drehrichtung und der Funktionszustand der jeweiligen Sonde enthalten sind.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung und Sondenfehler über Ausgangsspeicher (46) als Einzelbit anzeigbar sind.
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