DE3221365C1

DE3221365C1 - Einrichtung zum Regeln einer Groesse durch Einspeisen eines Zusatzmittels in ein Medium

Info

Publication number: DE3221365C1
Application number: DE3221365A
Authority: DE
Inventors: Hermann 6900 Heidelberg Berger; Franz Ernst
Original assignee: Chemie und Filter GmbH Verfahrenstechnik KG
Current assignee: Chemie und Filter GmbH Verfahrenstechnik KG
Priority date: 1982-06-05
Filing date: 1982-06-05
Publication date: 1983-12-22
Also published as: US4567559A; JPH0128961B2; JPS592103A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln einer Größe, wie pH-Wert, durch Einspeisen eines Zusatzmittels in ein Medium, mit einem von der Regelabweichung abhängigen Steuerimpulsgeber und einem Stellglied, das während der Steuerimpulsdauer das Einspeisen bewirkt.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art (DE-PS 26 41 101) werden die Steuerimpulse dadurch gewonnen, daß ein Zeitgeber-Kondensator in Abhängigkeit von der Regelabweichung über einen Widerstand aufgeladen und über einen Schwellwert-Schalter entladen wird. Die Entladeimpulse steuern ein Zeitglied an, das Steuerimpulse konstanter Breite, aber variabler Frequenz abgibt. Jeweils während der Steuerimpulsdauer wird eine elektromagnetisch betätigte Dosierpumpe mit gleichgerichteter Wechselspannung gespeist. Die pro Zeiteinheit gelieferte Dosiermenge ist um so kleiner, je geringer die Regelabweichung ist.

Bei einer solchen Regeleinrichtung kann man die Frequenz der Steuerimpulse etwa zwischen 10 und 100 Impulsen pro Minute ändern. Die Dosiermengen können daher etwa im Verhältnis 1 :10 variiert werden. Die minimale Periodendauer beträgt etwa sechs Sekunden, die maximale Impulsbreite etwa 0,6 Sekunden. Dies ergibt sehr häufige Schaltvorgänge. Wird als Stellglied ein Magnetventil verwendet, kann das Dosiergut in der kurzen Öffnungszeit gar nicht richtig abfließen.

Es ist bereits eine Regeleinrichtung bekannt (GB-PS

14 66 573), mit der Steuerimpulse unterschiedlicher Breite und unterschiedlichen Abstandes zur Steuerung eines Ventils benutzt werden, das Chemikalien in einen Film-Entwicklungsbehälter leitet. Hierbei wird die optische Bilddichte des jeweils entwickelten Filmbildes gemessen. Der Meßwert wird durch Aufladung eines Kondensators während einer vorbestimmten Zeit integriert. Anschließend wird der Kondensator wieder entladen. Der Steuerimpuls dauert jeweils vom Ende der vorgegebenen Zeit bis zum Ende der Entladung.

Es ist ferner eine .Anordnung zur Drehzahlreglung eines Gleichstromkollektormotors bekannt (DE-PS

15 88 654), bei der der Motorstrom in der Form von Impulsen unterschiedlicher Breite zugeführt wird. Zu diesem Zweck wird eine bistabile Kippstufe durch erste Impulse, welche mit einer der Solldrehzahl proportionalen Frequenz zugeführt werden, eingeschaltet und von zweiten Impulsen, die von einem Istdrehzahlgeber zugeführt werden, wieder ausgeschaltet. Wenn die Motorstromimpulse länger werden, kann die Frequenz der ersten Impulse erniedrigt werden und umgekehrt.

Es gibt auch schon eine Schaltungsanordnung zum Überwachen von Drehzahlen (DE-PS 23 37 199), bei der ein Impulszug, dessen Frequenz der Ist-Drehzahl proportional ist, mittels einer Impulsbreitenstufe in eine Folge von Impulsen umgewandelt wird, deren Breite etwa der Periodenlänge der Meßimpulse entsprechen. Die Impulsbreite wird mit einer Zeitbasis verglichen. In Abhängigkeit davon, ob die Impulse oberhalb oder

unterhalb eines Schwellwerts liegen, werden unterschiedliche Ausgangsimpulse abgegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die mit einer geringeren Zahl von Schallvorgängen auskommt und die Möglichkeit bietet, die Menge des einzuspeisenden Zusatzmittels über einen größeren Bereich als bisher zu variieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Steuerimpulsgeber einen ersten Taktimpulsgeber mit konstanter Frequenz und einen hiervon gespeisten ersten Zähler, der nach einer vorbestimmten Taktimpulszahl ein erstes Zählersignal abgibt, einen zweiten Taktimpulsgeber, dessen Frequenz mit abnehmender Regelabweichung zunimmt und einen hiervon gespeisten zweiten Zähler, der nach einer vorbestimmten Taktimpulszahl ein zweites Zählersignal abgibt, sowie eine die Zählersignale derart verknüpfende Schaltung aufweist, daß der erste Zähler die Periodendauer und der zweite Zähler die Breite der Steuerimpulse bestimmt.

Bei diesem Aufbau haben die Steuerimpulse eine konstante Frequenz, aber eine variable Breite. Man kann mit Hilfe des ersten Zählers eine verhältnismäßig lange Periodendauer festlegen, beispielsweise in der Größenordnung von dreißig Sekunden oder sogar von Minuten, weil mit Hilfe des zweiten Zählers die Impulsbreite innerhalb dieser Periode beliebig groß und beliebig klein gewählt werden kann. Die Periodendauer kann insbesondere wesentlich größer sein als sie sich mit. Hilfe eines Kondensator-Entladekreises genau einstellen ließe. Die Zahl der Schaltvorgänge wird ganz erheblich vermindert. Die Impulsbreite kann grundsätzlich ausreichend groß gehalten werden, damit auch bei Verwendung eines Magnetventils als Stellglied ein einwandfreies Abfließen des Zusatzmittels gewährleistet ist. Der Bereich, über den die pro Zeiteinheit abgegebene Zusatzmittelmenge variiert werden kann, läßt sich ohne Schwierigkeiten auf ein Vielfaches des bisher möglichen Bereichs vergrößern.

Zweckmäßigerweise ist der Zählbeginn beider Zähler synchronisiert. Es genügt dann ein einziges Signal, um beide Zähler in Gang zu setzen. Dies kann auf besonders einfache Weise dadurch erfolgen, daß der Ausgang des ersten Zählers mit dem Rückstelleingang des zweiten Zählers verbunden ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem zweiten Zähler eine Selbsthalteschaltung zugeordnet, die das zweite Zählersignal bis zum Ablauf der durch den ersten Zähler bestimmten Periodendauer festhält. Durch die Selbsthalteschaltung bleibt das zweite Zählersignal erhalten, bis am Ende der Periode eine Rückstellung zur Einleitung einer neuen Zählperiode erfolgt. Dieses Zählersignal kann unmittelbar oder nach Inversion als Steuerimpuls verwendet werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Steuerimpulse an einem Ausgang eines Flipflop abnehmbar sind, dessen erstem Eingang ein durch das erste Zählersignal bestimmtes Eingangssignal und dessen zweitem Eingang ein durch das zweite Zählersignal bestimmtes Eingangssignal zuführbar ist.

Günstig ist es ferner, wenn der erste Zähler als Teiler geschaltet ist und ihm eine Rückstellschaltung zugeordnet ist, die das Rückstellsignal aus der UND-Verknüpfung des ersten Zählersignals und eines Signals mit kleinerem Teilerverhältnis als das erste Zählersignal gewinnt.

Auf diese Weise kann der Zähler schon bald nach dem

55 Auftreten des ersten Zählersignals zurückgestellt werden. Da die zweite Teiler-Heizperiode weitgehend unterdrückt wird, kann der vom ersten Zählersignal beeinflußte zweite Zähler nahezu über die gesamte Zählperiode des ersten Zählers wirksam gehalten werden. Das bedeutet, daß sich auch die Breite des Steuerimpulses fast über die gesamte Impulsperiode erstrecken kann.

Mit besonderem Vorteil weist der zweite Taktimpulsgeber einen Vergleicher auf, an dessen Ausgang die Taktimpulse abnehmbar sind, an dessen einem Eingang eine der Regelabweichung entsprechende Steuerspannung liegt und an dessen anderem Eingang die Spannung eines Kondensators liegt, der über einen Widerstand aufladbar und über einen durch die Taktimpulse gesteuerten Schalter entladbar ist. Durch die Verwendung des ersten Teils der Kondensator-Lade-Kennlinie erreicht man es auf einfache Weise, daß die Impulsbreite etwa zeitlinear zur Steuerspannung sich ändert.

Eine besonders hohe Genauigkeit ergibt sich, wenn die Ladespannung des Kondensators durch eine Zenerdiode stabilisiert ist.

Wenn der Schalter ein Halbleiterschalter ist, empfiehlt es sich, eine Dioden-Vorspannung-Schaltung zum Ausgleich des Spannungsabfalls des Halbleiterschalters vorzusehen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Kondensator jedesmal bis auf Null entladen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schaltung der erfindungsge-' mäßen Regeleinrichtung,

Fig.2.einen Steuerimpulszug mit Impulsen geringer Breite und

F i g. 3 einen Steuerimpulszug mit Impulsen größerer Breite.

Die Regeleinrichtung der F i g. 1 dient dazu, ein Stellglied 1 in der Form eines Magnetventils zu betätigen, über das ein Zusatzmittel in ein Medium geleitet wird, um dort eine bestimmte Größe auf einem vorbestimmten Niveau zu halten. Es kann sich um die Neutralisierung von Abwässern, um die Einstellung des pH-Wertes bei der Wasserneutralisierung oder bei einer Redoxreaktion, um eine Entsalzung od. dgl. handeln. Mit Hilfe dieses Magnetventils können auch verhältnismäßig große Mengen des Zusatzmittels eingespeist werden. Die Abweichung des Sollwertes vom Istwert, also die Regelabweichung, wird der Einrichtung an der Klemme 2 in der Form einer Steuerspannung ίΛ zugeleitet. Das Stellglied 1 ist Teil einer Schaltung 3, der Steuerimpulse P_s in Abhängigkeit von der Regelabweichung zugeführt werden. Diese Steuerimpulse P_s haben, wie die F i g. 2 und 3 zeigen, eine konstante Periode T, aber veränderlicher Breite. F i g. 2 zeigt Steuerimpulse bei kleiner Regelabweichung, F i g. 3 solche bei großer Regelabweichung.

Der Steuerimpulsgeber der Regeleinrichtung weist einen ersten Taktimpulsgeber 4 auf, der in üblicher Weise aus NAND-Gliedern 5 und 6, einem festen Widerstand 7, einem verstellbaren Widerstand 8 und einem Kondensator 9 aufgebaut ist. Am Ausgang 10 treten Taktimpulse P,\ auf, deren Frequenz von der Einstellung des Widerstandes 8 abhängt.

Diese ersten Taktimpulse P, \ werden dem cp-Eingang eines als Teiler geschalteten ersten Zählers 11 zugeführt. Der Zählerausgang 12 befindet sich am Anschluß Qi2, an dem nach 2048 Taktimpulsen P, \ ein

erstes Zählersignal S,\ auftritt. Dieses Zählersignal wird in einer aus zwei NAND-Gliedern 13 und 14 bestehenden UND-Verknüpfung 15 mit einem am Ausgang 16 vom Anschluß Qi abgenommenen Signal &, das die halbe Frequenz der Taktimpulse P₁ \ hat, kombiniert, so daß kurz nach Auftreten des ersten Zählersignals S, ι ein Rückstellsignal 5,· auftritt, um den Zähler 11 zurückzustellen und eine neue Zählperiode zu starten. Die Zählperiode Γ beträgt daher im vorliegenden Ausführungsbeispiel 2048+1=2049 Perioden der Taktimpulse P, \.

Ein zweiter Taktimpulsgeber 17 weist einen Vergleicher 18 auf, an dessen Ausgang 19 über einen Widerstand 20 zweite Taktimpulse P,₂ abgenommen werden können. Am invertierenden Eingang des Vergleichers 18 ist über einen Widerstand 21 die Steuerspannung ίΛ angelegt.

Am nicht-invertierenden Eingang liegt über einen Widerstand 22 die Spannung Lf_c an einem Punkt 23. U_c ist die Spannung an einem Kondensator 24, der von der Betriebsspannung Ub über zwei in Reihe liegende Widerstände 25 und 26 aufgeladen wird, wobei eine Zenerdiode 27 für eine konstante Spannung an der Reihenschaltung von Kondensator 24 und Widerstand 26 sorgt. Das Entladen des Kondensators 24 erfolgt über einen Halbleiterschalter 28 in der Form eines gesteuerten Gleichrichters, der mit einem Punkt 29 einer eine Diode 30 und einen Widerstand 31 aufweisenden Dioden-Vorspannungs-Schaltung 32 verbunden ist. Durch Anlegen einer negativen Vorspannung ~ t/ßwird der Punkt 29 um den Spannungsabfall an der Diode 30 ins Negative vorgespannt, so daß der Spannungsabfall am Halbleiterschalter 28 die Entladung des Kondensators 24 auf Null nicht behindern kann. Die Steuerleitung 33 des Halbleiterschalters 28 ist mittels einer Diode 34 gegen zu hohe Spannungen geschützt und über einen Widerstand 35 mit dem Ausgang 19 des Vergleichers verbunden.

Damit ergibt sich die folgende Arbeitsweise: wenn durch Aufladen des Kondensators 24 die Spannung U_c wächst und dabei die Steuerspannung i/, überschreitet, geht das Potential am Ausgang 19 auf einen positiven Wert. Hierdurch wird der Halbleiterschalter 28 leitend gesteuert und der Kondensator 24 entladen. Das Potential am Ausgang 19 kehrt in den Ausgangszustand zurück. Die Periode dieser zweiten Taktimpulse P₁₂ ist daher annähernd zeitproportional der Größe der Steuerspannung U*.

Ein zweiter als Teiler geschalteter Zähler 36 empfängt an seinem cp-Eingang die zweiten Taktimpulse Pt2 über ein NOR-Glied 37. Am Rückstelleingang 38 liegt das erste Zählersignal S!, i. Das bedeutet, daß die Zählperiode genau in dem Augenblick beginnt, indem der erste Zähler 11 zurückgestellt worden ist und seinerseits mit dem Zählvorgang begonnen hat, weil zu diesem Zeitpunkt das erste Zählersignal S, \ zu Null wird. Am Ausgang 39 des zweiten Zählers 36 tritt in vorliegendem Ausführungsbeispiel wiederum nach 2048 zweiten Taktimpulsen P₁₂ ein zweites ZählersignalS,) auf. Dieses wird über das NOR-Glied 37 ebenfalls dem cp-Eingang des Zählers 36 zugeführt, so daß sich eine Selbsthalteschaltung 40 ergibt. Das zweite Zählersignal bleibt daher so lange erhalten, bis durch Rückstellung und erneute Freigabe eine neue Zählperiode beginnt.

[0 Da der Abstand der zweiten Taktimpulse P₁₂ etwa proportional der Steuerspannung U_s ist, muß auch die Zeit bis zum Auftreten des zweiten Zählersignals S_/2 proportional zu dieser Steuerspannung sein.

Die beiden Zählersignale S,\ und S,₂ sind derart

_]5 miteinander verknüpft, daß am Ausgang 41 der Schaltung, der unmittelbar mit dem Ausgang 39 des zweiten Zählers 36 verbunden ist, ein mverser Steuerimpuls P_s abgenommen werden kann, der bei entsprechender Schaltungsauslegung direkt oder nach Inversion benutzt werden kann.

Im vorliegenden Fall wird der Steuerimpuls P_s am Ausgang 42 mit Hilfe eines Flipflop 43 gewonnen, das zwei NOR-Glieder 44 und 45 aufweist. Dem ersten Eingang des NOR-Gliedes 44 wird das erste Zählersi-

->5 gnal S_x \ über eine Umkehrstufe 46, dem ersten Eingang des NOR-Gliedes 45 wird das zweite Zählersignal S,₂ direkt zugeführt. Die zweiten Eingänge sind mit dem Ausgang des jeweils anderen NOR-Gliedes verbunden. Auf diese Weise schaltet das Flipflop 43 zu Beginn jeder durch den Zähler 11 bestimmten Periode T in den gesetzten Zustand und wird beim Auftreten des zweiten Zählersignals S^₂ zurückgestellt.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Taktimpulsfrequenz des ersten Taktimpulsgebers 4 durch Wahl des Kondensators 9 und Einstellung des Widerstandes 8 so gewählt, daß die Periode T = 30 Sekunden betrug. Andere brauchbare Werte liegen zwischen 15 und 150 Sekunden und mehr. Die Werte des Kondensators 24 und des Widerstandes 26 waren so gewählt, daß sich in Abhängigkeit von der Steuerspannung ίΛ Impulsbreiten b zwischen einer Sekunde und knapp dreißig Sekunden ergaben. In Abhängigkeit vom Anwendungszweck kann die untere Grenze auch noch kleiner gewählt werden. Die obere Grenze muß der Periodendauer Γ angepaßt sein.

Die Zähler 11 und 36 können beispielsweise vom Typ CD 4040 sein. Die NOR-Glieder 37,44 und 45 sowie die Umkehrstufe 46 lassen sich zu einer Einheit vom Typ CD 4001, die NAND-Glieder 5, 6.. 13 und 14 zu einer Einheit vom Typ CD 4011 zusammenfassen.

Beim Justieren der Periode T braucht man nicht die gesamte Zählperiode des Zählers 11 abgewartet zu werden. Es genügt, "Me Frequenz des Taktimpulsgebers auf den der Periode T entsprechenden Wert einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln einer Größe, wie pH-Wert, durch Einspeisen eines Zusatzmittels in ein Medium, mit einem von der Regelabweichung abhängigen Steuerimpulsgeber und einem Stellglied, das während der Steuerimpulsdauer das Einspeisen bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber einen ersten Taktimpulsgeber (4) mit konstanter Frequenz und einen hiervon gespeisten ersten Zähler (11), der nach einer vorbestimmten Taktimpulszahl ein erstes Zählersignal (S, i) abgibt, einen zweiten Taktimpulsgeber (17), dessen Frequenz mit abnehmender Regelabweichung zunimmt, und einen hiervon gespeisten zweiten Zähler (36), der nach einer vorbestimmten Taktimpulszahl ein zweites Zählersignal (S,i) abgibt, sowie eine die Zählersignale derart verknüpfende Schaltung aufweist, daß der erste Zähler die Periodendauer (T) und der zweite Zähler die Breite (ojder Steuerimpulse (Λ) bestimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählbeginn beider Zähler (11, 36) synchronisiert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (12) des ersten Zählers (11) mit dem Rückstelleingang (38) des zweiten Zählers (36) verbunden ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Zähler (36) eine Selbsthalteschaltung (40) zugeordnet ist, die das zweite Zählersignal (S,i) bis zum Ablauf der durch den ersten Zähler (11) bestimmten Periodendauer (T) festhält.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählerausgang (39) mit dem Zählereingang über ein NOR-Glied (37) verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem zweiten' Taktimpulsgeber (17) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerimpulse (P^) an einem Ausgang eines Flipflops (43) abnehmbar sind, dessen erstem Eingang ein durch das erste Zählersignal (S, \) bestimmtes Eingangssignal und dessen zweitem Eingang ein durch das zweite Zählersignal (S,?) bestimmtes Eingangssignal zuführbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (11) so als Teiler geschaltet ist und ihm eine Rückstellschaltung zugeordnet ist, die das Rückstellsignal (Si) aus der UND-Verknüpfung des ersten Zählersignals (Sy\) und eines Signals (Si) mit kleinerem Teilerverhältnis als das erste Zählersignal gewinnt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Taktimpülsgeber (17) einen Vergleicher (18) aufweist, an dessen Ausgang (19) die Taktimpulse (Pi 2) abnehmbar sind, an. dessen einem Eingang eine der Regelabweichung entsprechende Steuerspannung (Ui) liegt und an dessen anderem Eingang die Spannung (U_L) eines Kondensators (24) liegt, der über einen Widerstand (25, 26) aufladbar und über einen durch die Taktimpulse gesteuerten Schalter (28) entladbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannung des Kondensators

(24) durch eine Zenerdiode (27) stabilisiert ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (28) ein Halbleiterschalter ist und eine Dioden-Vorspannungs-Schaltung (32) zum Ausgleich des Spannungsabfalls des Halbleiterschalters vorgesehen ist.